Расчет по нагреву проводиться с помощью метода эквивалентных величин ( тока, момента и мощности ).
На практике чаще всего приходиться сравнивать графики электромеханической системы и графики мощностей привода. Принимая во внимание тот факт, что режим работы нашего электропривода ( S1 ), также согласно учебной литературе делаем вывод, что расчет на нагрев можно провести методами эквивалентного тока или эквивалентного момента.
Поэтому для данного конкретного случая, проверку двигателя по нагреву произведем методом эквивалентного момента.
Фактический эквивалентный момент за цикл:
(2.46)
(2.47)
Пересчитывается эквивалентный фактический момент на момент эквивалентный, так как фактическая продолжительность включения отличается от стандартной.
Эквивалентный момент:
(2.48)
Так как Мэ < Мн = 143 Н·м, то выбранный двигатель проходит по нагреву.
Проведем проверку двигателя на перегрузочную способность:
(2.49)
(2.50)
где λ – коэффициент перегрузочной способности (берется из табличный данных двигателя).
Сравнив Mmax с моментом статическим Mc2видим, что выбранный двигатель проходит по перегрузочной способности и обеспечивает выполнение требуемой диаграммы
(Mmax≥ Mc2; 371,8≥113,45 ).
РАСЧЕТ И ВЫБОР СИЛОВОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Выбор и расчет преобразователя частоты
На данный момент существует очень много разных фирм, которые занимаются выпуском частотных преобразователей. Среди них наиболее распространены Siemens, Danfoss, ABB, TOHSIBA и другие. Так как, обслуживающих персонал предприятия ОАО «Белорецкий металлургический комбинат» имеет большой опыт работы и эксплуатации оборудования марки Siemens, то наиболее целесообразно для двигателя выбрать преобразователь частоты этой марки.
Согласно технических условий, разработки и номинальных данных асинхронного двигателя марки 5АМХ180S1 выбираем преобразователь в соответствии с условиями:
. (3.2)
где 
и 
– номинальные ток и напряжение преобразователя частоты;
и 
– номинальные ток и напряжение асинхронного двигателя;
Учитывая перегрузочные способности двигателя и преобразователя, номинальный ток преобразователя нужно выбирать из условия:
Согласно рассчитанным значениям и требованиям, выбираем преобразователь частоты Sinamics G120 6SL3224-0BE32-2UA0 (Siemens Германия).
В таблице 8 приведены технические данные выбранного преобразователя частоты Sinamics G120 6SL3224-0BE32-2UA0 (Siemens Германия).
| Характеристика | Обозначение | Величина |
| Номинальная выходная мощность, кВт | РН-ПР | |
| Номинальный выходной ток, А | IН-ПР | |
| Максимальный выходной ток, А | IМАХ. ВЫХ.-ПР | |
| Номинальное выходное напряжение, В | UН-ПР | |
| Номинальная частота питающей сети, Гц | f1Н | 47-63 |
| Потребляемый ток, А | I | |
| Частота выходного тока при V/f - управлении, Гц | f1V/f | 0-550 |
| Частота выходного тока при векторном управлении, Гц | f | 0-200 |
| Коэффициент перегрузки в течении 0,5 сек | λПР | |
| Коэффициент мощности | cos ϕ | 0,85 |
| Продолжение таблицы 8 | ||
| Коэффициент полезного действия | ȠПР | 0,97 |
| Потеря мощности, кВт | РПОТЕРЬ.-ПР | 0,69 |
| Максимальная длина экранированного кабеля, м | L 1КАБ. | |
| Максимальная длина неэкранированного кабеля, м | L 2КАБ. |
Преобразователь частоты фирмы Siemens SINAMICS G120 - это универсальный общепромышленный преобразователь частоты, для таких отраслей, как машиностроение, автомобильная промышленность, текстильная промышленность, печать и упаковка, химия, а также для межотраслевых задач, к примеру, в подъемно- транспортном оборудовании, в металлургической, нефтяной и газовой областях и технике морского бурения, а также для получения энергии из возобновляемых источников.
В общем случае выбранный преобразователь частоты осуществляет такие функции как:
1) плавный разгон;
2) торможение и реверс двигателя изменением частоты, величины напряжения и порядка чередования фаз выходного напряжения ПЧ.
При этом закон изменения частоты задается в виде электрического сигнала с использованием задатчика интенсивности, возможность регулирования ускорения изменением частоты.
infopedia.su
По конструкции асинхронные двигатели подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (последние называют также двигателями с контактными кольцами). На рис. 3.1. представлен общий вид асинхронного двигателя с короткозамкнутой (а) и фазной (б) обмотками ротора.
Статоры асинхронных двигателей имеют следующую конструкцию: магнитопровод, который набран из штампованных листов электротехнической стали, в пазы которых уложена распределенная трехфазная обмотка, создающая круговое вращающееся магнитное поле с 2р полюсами.
а б
Рис. 3.1
Короткозамкнутую обмотку ротора (рис. 3.2, а) выполняют в виде стержней, расположенных вдоль внешней поверхности цилиндра с небольшим скосом и замкнутых между собой на торцах (обмотки типа беличьего колеса).
Фазный ротор (рис. 3.2, б) асинхронной машины набирают из листов электротехнической стали в полый цилиндр, по внутренней поверхности которого вырублены пазы. В эти пазы укладывается трехфазная обмотка ротора. Концы распределенной трехфазной обмотки ротора подключены к контактным кольцам. Наличие контактных колец и фазной обмотки позволяет изменять активное сопротивление цепи ротора двигателя в процессе его вращения, что необходимо для уменьшения значительного пускового тока, возникающего при пуске, а также для регулирования частоты вращения ротора и изменения величины его пускового момента.
а б
Рис. 3.2
Принцип действия асинхронного двигателя.
При подаче к трехфазной обмотке статора асинхронного двигателя трехфазного напряжения возникает результирующий вращающийся магнитный поток. Этот поток вращается в пространстве с частотой вращения, равной синхронной, которая находится в строгой зависимости от частоты ƒ, подводимого напряжения и числа пар полюсов p двигателя:
.
При этом частота вращения ротора n2 отличается от n1. Мерой этого отличия является скольжение ротора:
% .
Для большинства современных типов асинхронных электродвигателей скольжение ротора при номинальной нагрузке заключено в пределах (2 - 6) %, а при работе в режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки, скольжение ротора составляет доли процента. Каждый асинхронный электродвигатель характеризуется своими номинальными данными, на которые он рассчитан. Основные технические данные электродвигателя указаны в их паспортах и каталогах.
Конструкция обмотки статора дает возможность соединять обмотки двигателя как «треугольником», так и «звездой». Благодаря этому каждый трехфазный асинхронный электродвигатель можно использовать при двух различных (линейном и фазном) напряжениях питающей сети.
Вращающееся магнитное поле статора индуцирует в обмотках ротора трехфазную ЭДС:
Действующее значение ЭДС статора:
,
Действующее значение ЭДС ротора:
,
где 
- число витков в фазе статора и ротора; 
- амплитудное значение магнитного потока; 
- скольжение; 
- обмоточные коэффициенты обмоток статора и ротора.
Активная мощность, подводимая к электродвигателю из сети 
на величину потерь. Электрические потери мощности в активных сопротивлениях обмотки статора 
и ротора 
(потери в меди)
, 
,
где 
- число фаз обмотки статора; 
- ток в обмотке статора.
Потери мощности в магнитопроводах статора и ротора, равны сумме потерь на гистерезис 
и на вихревые токи 
, 
.
Мощность, передаваемая вращающимся магнитным полем ротору, называется электромагнитной мощностью и составляет:
,
где 
- ток ротора; 
- угол между током ротора и ЭДС 
ротора.
Мощность, преобразуемая в механическую равна:
.
Небольшая часть механической мощности теряется на трение в подшипниках ротора и вентиляцию 
. Мощность, развиваемая двигателем на валу:
.
Основная характеристика асинхронного двигателя – это зависимость скорости вращения ротора от вращающего момента 
- механическая характеристика (рис. 3).
Рис. 3.3. Механическая характеристика асинхронного двигателя
При скольжении равном нулю, скорость вращения ротора равна 
, а при 
скольжение максимально 
- это критическое скольжение.
Естественной механической характеристикой называется характеристика двигателя с короткозамкнутым ротором (сопротивление обмотки ротора практически равно нулю).
Искусственная характеристика – это характеристика двигателя с сопротивлением обмотки ротора 
(фазный ротор).
Для каждого асинхронного двигателя может быть определен номинальный режим, то есть режим длительной работы, при котором двигатель не перегревается сверх установленной температуры. Момент 
, соответствующий номинальному режиму, называется номинальным моментом:
.
Номинальная скорость вращения ротора
.
Максимальный момент (ему соответствует критическое скольжение 
)
.
Упрощенное уравнение механической характеристики в относительных единицах (формула Клосса)
.
Отношение максимального момента к номинальному называется перегрузочной способностью асинхронного электродвигателя
.
Обычно перегрузочная способность изменяется в пределах от 1,8 до 2,5.
Отношение пускового момента 
, развиваемого двигателем в неподвижном состоянии, то есть при 
, к номинальному моменту называется кратностью пускового момента
.
Рабочие характеристики асинхронного двигателя – это зависимости частоты вращения ротора 
или скольжения 
, тока статора 
, момента на валу 
, КПД 
и 
в функции мощности, развиваемой на валу двигателя 
при 
и 
(рис. 3.4). Рабочие характеристики строят для области устойчивой работы двигателя (от 
до 
на 10…20 %).
С целью уменьшения потерь мощности в роторе и для повышения КПД асинхронные двигатели проектируют с небольшим номинальным скольжением, поэтому зависимость 
, которая называется
Рис. 3.4
скоростной характеристикой, является жесткой. Таким образом, частота вращения ротора при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке уменьшается незначительно (на 2…6 %).
Коэффициент полезного действия двигателя (КПД)
.
Поскольку общие потери зависят от нагрузки, то КПД двигателя является функцией нагрузки. Номинальный КПД двигателя достаточно высок. Для большинства современных асинхронных двигателей КПД имеет значение 80-90 %, а для мощных двигателей 90-96 %. Зависимости КПД и коэффициента мощности носят такой же характер, что и для трансформаторов, т.е. максимум КПД отвечает нагрузке 70…85 % от номинальной. Незначительный максимум имеет и кривая 
.
Работа асинхронного двигателя при небольшой нагрузке энергетически невыгодна из-за малого значения коэффициента мощности. Максимальный коэффициент мощности для асинхронного двигателя: малой и средней мощности (1…100 кВт) – 0,7…0,9; большой мощности (свыше 100 кВт) – 0,9…0,92 .
Читайте также:
lektsia.com
1.Нарисуйте условные граф. обозначения асинхр. двигателя с короткозамкнутым ротором, электромагнитного тормоза, тахогенератора?
2.Расскажите об устройстве асонх.двиг. с короткозамкнутым ротором?
3.В чем заключается принцип действия асинхронного двигателя?
4.-5.Какие зависимости наз-ся механ. характеристиками?
В пределах рабочего участка происходит саморегулирование двигателя.
6.Какие зависимости называются рабочими характеристиками?
7.Как определить частоту вращения магнитного поля статора?
8.Какможно регулировать частоту вращения магнитного поля статора?
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя путем введения резисторов в цепь ротора
Введение резисторов в цепь ротора приводит к увеличению потерь мощности и снижению частоты вращения ротора двигателя за счет увеличения скольжения, поскольку n = nо (1 - s).
Из рис. 1 следует, что при увеличении сопротивления в цепи ротора при том же моменте частота вращения вала двигателя уменьшается.
Жесткость механических характеристик значительно снижается с уменьшением частоты вращения, что ограничивает диапазон регулирования до (2 - 3) : 1. Недостатком этого способа являются значительные потери энергии, которые пропорциональны скольжению. Такое регулирование возможно только для двигателя с фазным ротором.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения на статоре
Изменение напряжения, подводимого к обмотке статора асинхронного двигателя, позволяет регулировать скорость с помощью относительно простых технических средств и схем управления. Для этого между сетью переменного тока со стандартным напряжением U1ном и статором электродвигателя включается регулятор напряжения.
При регулировании частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения, подводимого к обмотке статора, критический момент Мкр асинхронного двигателя изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения Uрет (рис. 3), а скольжение от Uрег не зависит.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения
Так как частота вращения магнитного поля статора nо = 60f/р, то регулирование частоты вращения асинхронного двигателя можно производить изменением частоты питающего напряжения.
Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость nо магнитного поля статора.
Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя переключение числа пар полюсов
Ступенчатое регулирование скорости можно осуществить, используя специальные многоскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
Из выражения nо = 60f/р следует, что при изменении числа пар полюсов р получаются механические характеристики с разной частотой вращения nо магнитного поля статора. Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит ступенчатый характер.
Существует два способа изменения числа пар полюсов. В первом случае в пазы статора укладывают две обмотки с разным числом полюсов. При изменении скорости к сети подключается одна из обмоток. Во втором случае обмотку каждой фазы составляют из двух частей, которые соединяют параллельно или последовательно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза.
Рис. 7. Схемы переключения обмоток асинхронного двигателя: а - с одинарной звезды на двойную; б - с треугольника на двойную звезду
Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов экономично, а механические характеристики сохраняют жесткость. Недостатком этого способа является ступенчатый характер изменения частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2, 8/4, 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами 12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.
9.Как определить частоту тока в роторе? 10.Что такое критическое скольжение и как его определить?
11.Что такое перегрузочная способность и как ее определить?
Перегрузочная способность двигателя. Перегрузочной способностью асинхронного двигателя или, иначе, его опрокидывающим моментом называется отношение максимального момента двигателя к его номинальному моменту, т. е.
λ = Mmax /Mном = 1,7 - 2,5
12. Как определить номинальный и пусковой моменты?
studfiles.net
