Содержание
Введение
1. Предварительный выбор асинхронного двигателя
2. Расчёт номинальных параметров АД
3. Расчёт рабочего режима АД
4. Параметры АД пяти исполнений
Литература
В расчётную схему входят:
− два силовых трансформатора (СТ), обеспечивающих передачу энергии от сети с линейным напряжением 6 кВ к общим шинам 380 В;
− асинхронный двигатель (АД), имеющий нагрузку с моментом сопротивления вращению:
Мн = Мп + k·ω
где ω - скорость вращения вала (рад/с);
Mп -
пусковой момент (Н·м);
k - постоянная величина, на которую возрастает пусковой 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 мощностей и синхронных скоростей.
Стоимость АД определяется её номинальной мощностью и кроме того, числом полюсов.
На складе имеется по несколько вариантов АД, одной и той же номинальной мощности. Эти варианты отличаются значениями параметров, (а значит, поведением в нагрузочных режимах), но имеют равную стоимость.
Требуется произвести обоснованный выбор типов и вариантов асинхронного двигателя, 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-гии в расчётной схеме.
Для рабочего механизма необходимо выбрать АД, способный развивать мощность не менее 298 кВт.
Пусковой момент механизма:
Мп
= 41·9,81 = 402,21 Н·м;
Величина, на которую возрастает на каждый оборот в минуту момент сопротивления, по мере разгона двигателя:
k= 0,369·9,81= 3,62 Н·м.
Определяю установившуюся скорость АД, приравнивая выражение момента на валу двигателя и выражение момента сопротивления:
Mдв = Pmin/ω= Мп + k·ω
−k· ω² − Мп·ω+ Pmin= 0
ω= 236,69 рад/с
Cинхронная скорость: ωс = 314 рад/с. Выбираю АД из условий: Pвн
> Pmin
Мдв
> Мс.
Данным условиям удовлетворяют АД с мощностями 315, 400 кВт. АД с мощностью на валу Рвн = 315 кВт имеют перегрузку по токам статора и ротора в рабочем режиме. Мощность на валу 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 двигателя допускается использовать уравнения, соответствующие схеме замещения.
Рис.2. Схема замещения АД.
В этой схеме все величины и параметры выражены в относительных единицах.
U1
- напряжение питающей цепи;
I1
- ток статора;
Iо
- намагничивающий ток;
I2
- ток ротора;
G0
- эквивалент потерь мощности в стали;
B0
- эквивалент действия основного поля;
Rk
- эквивалент потерь мощности в обмотках;
Xk
- эквивалент действия полей рассеивания статора и ротора;
R2
- эквивалент потерь ротора;
s - скольжение.
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 AZн5 = 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 = 0,22 ОЕ
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 = 473,4 кВт
Мощность на валу:
Pвoeн5 = Pcoeн5·η5н = 0,693 ОЕ Pвн5 = Pвoeн5·Sб5 = 400 кВт
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
Скольжение асинхронного двигателя в рабочем режиме:
Рабочее скольжение будет равно скольжению, при котором момент сопротивления будет равен моменту на валу двигателя. Рассчитываюуравнение:
−0,081·sp5³ + 0,093·sp5² − 0,036· sp5 + 0,001018 = 0
sр5 = 0,031
Активный, реактивный, полный ток ротора в рабочем режиме:
I2aoe5 = 0,711 ОЕ 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 = 0,679 ОЕ
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
| Варианты 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 исполнения имеют перегрузку по току статора в рабочем режиме. Мощность на валу в рабочем режиме этих двигателей превышает номинальную.
У двигателя пятого исполнения меньшие потери мощности и выше КПД в рабочем режиме по сравнению с двигателем четвёртого исполне-ния.
Выбираю асинхронный двигатель пятого исполнения с номинальной мощностью на валу 400 кВт, имеющий одну пару полюсов.
1. Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине "Электрические машины" (в четырёх частях) по специальности 7.0192203 "Электромеханические системы автоматизации и электропривод" г. Кривой Рог 2002 г. Автор: проф. Корнилов Г. И.
2. Методическое пособие по выполнению курсового проекта по дисциплине "Электрические машины" по специальности "Электромеханические системы автоматизации и электропривод". г. Кривой Рог 2002 г. Автор: проф. кафедры ЭМОМЗ - Корнилов Г. И.
|