Выбор асинхронного двигателя
11
Содержание
- Введение
- 1. Предварительный выбор асинхронного двигателя
- 2. Расчёт номинальных параметров АД
- 3. Расчёт рабочего режима АД
- 4. Параметры АД пяти исполнений
- Литература
ВведениеВ 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·щгде щ - 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.
1. Предварительный выбор асинхронного двигателяОпределяю установившуюся скорость АД, приравнивая выражение момента на валу двигателя и выражение момента сопротивления:
Mдв = Pmin/щ = Мп + k·щ
?k· щІ ? Мп·щ + Pmin = 0
щ = 236,69 рад/с
Cинхронная скорость: щс = 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/щ = 1690 Н·м Мп + k·щ = 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.
2. Расчёт номинальных параметров АДРассчитываю АД пятого исполнения.
cosц5н = 0,82 з5н = 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/ (сosц5·з5) = 577,3 кВт
Мб5 = Sб5/щс = 1838 Н·м
Iн5 = Sб5/ (3·Uн) = 874,673 A Zн5 = Uн/Iн5 = 0,252 Ом
Определяю номинальный момент на валу:
Мвн5 = Рвн/ (щс· (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·щс/Мб5 = 0,619 ОЕ
Критическое скольжение нахожу, воспользовавшись формулой Клосса.
Мн5 = 2·Мкр/ (sн/ sкр+ sкр/ sн)
Mнoe5·sкр5І?2· Mmaxoe5·sн5·sкр5+ Mнoe5·sн5І = 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 = cosц5н = 0,82 ОЕ I1poe5 = sinц5н = 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·з5н = 0,693 ОЕ Pвн5 = Pвoeн5·Sб5 = 400 кВт
Суммарные потери мощности:
ДPoeн5 = Pcoeн5 ? Pвoeн5 = 0,127 ОЕ, ДPн5 = ДPoeн5·Sб5 = 73,37 кВт
Потери в меди:
ДPмoe5 = I2oe5І·Rkoe5 = 0,043 ОЕ ДPм5 = ДPмoe5·Sб5 = 24,97 кВт
Потери в стали:
ДPстoe5 = G0oe5 = 0,093 ОЕ ДPст5 = ДPстoe5·Sб5 = 53,8 кВт
3. Расчёт рабочего режима АДСкольжение асинхронного двигателя в рабочем режиме:
Рабочее скольжение будет равно скольжению, при котором момент сопротивления будет равен моменту на валу двигателя. Рассчитываю уравнение:
?0,081·sp5і + 0,093·sp5І ? 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:
ДPмoep5 = I2oe5І·Rkoe5 = 0,041 ОЕ
ДPмp5 = ДPмoep5·Sб5 = 23,79 кВт
Суммарные потери:
ДPoep5 = ДPмoep5 + G0oe5 + ДPмexoe5 = 0,125 ОЕ
ДPp5 = ДPoep5·Sб5 = 72,19 кВт
Рабочая мощность на валу:
Pвoep5 = Pcoep5 ? ДPoep5 = 0,679 ОЕ
Pвp5 = Pвoep5·Sб5 = 392,1 кВт
Рабочая скорость ротора:
щp5 = щc· (1?sp5) = 304,534 рад/с
Коэффициент мощности в рабочем режиме:
сosцр5 = I1аое5/I1ое5 = 0,821
КПД двигателя в рабочем режиме:
зр5 = Рвоер5/Рсое5 = 0,845
Рабочий критерий оптимальности:
Vp5 = зp5·cosц5p = 0,693
4. Параметры АД пяти исполнений|
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 cos | 0,9 | 0,88 | 0,86 | 0,84 | 0,82 | |
Рабочий коэффициент мощности cos | 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.
Литература1. 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.