«Выбор электродвигателя по мощности»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»
Многопрофильный колледж
Политехнический колледж
«Выбор электродвигателя по мощности»
Отчет
по практической работе
по дисциплине Электротехника
Вариант 3
| Выполнил: Студент 2 курса группы 11961 Вялушкин А.И. « » 2013 г. Проверил: Преподаватель Петрушевская С.Г. « » 2013 г. Оценка «_____» Подпись «________» |
Содержание:
● Цель работы
● Основные теоретические положения
● Практическая часть
● Контрольные вопросы
● Вывод
1. Цель работы
Закрепление теоретических знаний. Определение мощности электродвигателя.
2. Основные теоретические положения
2.1 Пользуясь литературой [2] изучить теоретические вопросы:
– выбор конструктивного типа электродвигателя;
– нагревание и охлаждение электродвигателя;
– выбор электродвигателей по мощности.
2.2 Методика расчета
Значение правильного расчета мощности электродвигателя велико, так как от этого зависят технические и экономические показатели работы электропривода. При установке электродвигателя завышенной мощности увеличивает капитальные затраты, снижается КПД двигателя. Недостаточная мощность является причиной понижения производительности рабочей машины.
Определить мощность электродвигателя можно, пользуясь следующей методикой:
– определить потребную мощность Pр рабочей машины:
| Pр = F · υ | 2.1 |
| где | F – окружное усиление на рабочем механизме, кгс; υ – скорость рабочего механизма, м/с. |
– учитывая потери в передаче, определить мощность электродвигателя:
| Pдв = | Pр | 2.2 |
| η |
где η – КПД передачи, %.
– частота вращения рабочего механизма:
| nр = | 60υр | 2.3 |
| πD |
где D – диаметр рабочего механизма, м.
– частота вращения двигателя:
| nдв = nр · μ | 2.4 |
где μ – передаточное число, отн.ед.
По рассчитанной мощности Pдв и частоте вращения nдв выбирают электродвигатель по каталогу.
– проверяется температурный режим работы двигателя:
| А = | P0 | 2.5 |
| θуст.доп. |
| где | А – коэффициент теплопередачи, Вт/°С; P0 – мощность потерь, преобразующихся в тепло, кВт; θуст.доп. – допустимое превышение температуры для обмотки двигателя над температурой окружающей среды, °С. |
– определяется допустимое время работы -t из условия:
| θуст.доп. = θуст. · (1 – e-t/T) | 2.6 |
| где | е – основание натуральных логарифмов; t – время, мин; T – постоянная времени нагрева, мин. |
2.3 . Расчет параметров двигателя
2.3.1. Задание
Определить мощность электродвигателя для привода транспортёра по следующим данным:
– окружное усилие на барабане транспортёра Fб = 350 кгс;
– скорость вращения барабана υб = 0,3 м/с;
– диаметр барабана D = 500 мм;
– для передачи используют редуктор с передаточным числом μ = 80;
– КПД передачи η = 0,85.
Определить допустимую продолжительность работы двигателя в кратковременном режиме с мощностью Pдв = 3,5кВт, η = 85%, θуст.доп. = 65°С, теплоёмкостью
С = 6,18 · 104 Дж/°С.
2 . 3 .2. Расчет
Мощность транспортера по формуле (2.1):
| Pтр = Fб · υб = 350 · 0,4 = 140 кгс · 9,8 м/с = 1372 Вт = 1,37 кВт |
С учетом потерь в передаче мощность двигателя (2.2):
| Pдв = | Pтр | = | 1,37 | = 1,7 кВт |
| ηпер | 0,8 |
Частота вращения барабана, выраженная числом оборотов в минуту (2.3):
| nб = | 60υб | = | 60 · 0,4 | = 15,3 об/мин |
| πD | 3,14 · 0,5 |
| Передаточное число μ = | nдв | => | nдв = nб · μ = 15,3 · 120 =1836 об/мин |
| nб |
По каталогу выбираем двигатель по рассчитанной мощности, скорости и с учетом рода тока (постоянного или переменного) выбираем трехфазный асинхронный двигатель мощностью 1,5 кВт с синхронной частотой вращения 1500 об/мин. Коэффициент полезного действия двигателя 81%. Этот же двигатель желают использовать для кратковременной работы с мощностью 3,5 кВт.
Мощность, потребляемая двигателем из сети при номинальной нагрузке:
| P1н = | Pн | = | 1500 | ≈ 1852 ≈ 1,85 кВт |
| ηн | 0,81 |
Мощность потерь:
| P0н = P1н – Pн = 1,85 – 1,5 = 0,35 кВт |
Коэффициент теплоотдачи:
| А = | P0н | = | 350 | = 5,38 Вт/°С |
| θуст.доп. | 65 |
При перегрузке мощность двигателя, потребляемая из сети:
| P1 = | P | = | 3,5 | = 4,32 кВт |
| η | 0,81 |
Мощность потерь:
| P0 = P1 – P = 4,32 – 3,5 = 0,82 кВт |
Установившаяся температура:
| θуст. = | P0 | = | 820 | = 152,42°С |
| А | 5,38 |
Постоянная времени:
| Т = | С | = | 6,18 · 104 | = 191 мин; |
|
| А | 5,38 · 60 |
Допустимое время t работы двигателя определим, решая полученное уравнение:
; 
Логарифмируя, получим:
| ln 0,574 = | -t | => -t = ln 0,574 · 191, t ≈ 106 мин |
| 191 |
Мощность, которую машина может развивать в течение часа, не перегреваясь, называется также часовой мощностью.
3. Практическая часть
3.1. Задание
Определить мощность электродвигателя для привода конвейера через редуктор и цепную передачу. Определить параметры электродвигателя при его кратковременной работе с мощностью, превышающей номинальную на 2 кВт.
Таблица №1. Исходные данные.
| № | Параметры | Условное обозначение | Единицы измерения | № варианта |
| 3 | ||||
| 1 | Усилие на барабане ленты | Fл | кгс | 350 |
| 2 | Скорость ленты | υл | м/с | 0,3 |
| 3 | Диаметр ведущего барабана | D | мм | 500 |
| 4 | КПД передачи | η | % | 85 |
| 5 | Передаточное число | μ | – | 100 |
| 6 | Допустимое превышение температуры | θуст.доп. | °С | 65 |
| 7 | Теплоемкость | С | Дж/°С | 6,18 · 104 |
| 8 | КПД при перегрузке | η | % | 80 |
Таблица №2. Расчетные параметры.
| № | Название параметра | Условное обозначение | Результат вычисления | Единица измерений |
| 1 | Мощность транспортёра | P тр | 1,37 | кВт |
| 2 | Частота вращения барабана ленты | nл | 15,3 | об/мин |
| 3 | Мощность электродвигателя | Pдв | 1,7 | кВт |
| 4 | Частота вращения двигателя | nдв | 1836 | об/мин |
| 5 | Мощность электродвигателя по каталогу | Pн | 1,85 | кВт |
| 6 | Частота вращения электродвигателя по каталогу | nн | 1500 | об/мин |
| 7 | КПД двигателя по каталогу | η н | 81 | % |
| 8 | Мощность двигателя при перегрузке | P | 1,85 | кВт |
| 9 | Мощность потерь при номинальной нагрузке | P0н | 0,35 | кВт |
| 10 | Мощность потерь при перегрузке | P0 | 0,82 | кВт |
| 11 | Коэффициент теплоотдачи | А | 5,38 | Вт/°С |
| 12 | Установившаяся температура | θуст. | 152,42 | °С |
| 13 | Постоянная времени | Т | 191 | мин |
| 14 | Допустимое время работы двигателя | t | 106 | мин |
3.2. Дополнительное задание
1. Построить нагрузочную диаграмму P = f(t) для работы электродвигателя с переменной нагрузкой в продолжительном режиме tI = 0 – 3 мин PI = 6 кВт; tII = 3 – 8 мин PII = 4,5 кВт; tIII = 8 – 10 мин PIII = 3,8 кВт.
2. Определить эквивалентную мощность двигателя:
| = > Pэк = 4,88 кВт |
3. По полученным данным выбрать двигатели из каталога.
4. Контрольные вопросы
Укажите номер правильного ответа и обоснуйте свой выбор.
1. В состав электропривода входит: электродвигатель, рабочий механизм, управляющее устройство, преобразующее устройство, редуктор.
2. Температура нагрева двигателя зависит от мощности и КПД. При работе электродвигателя возникают потери, на покрытие которых расходуется часть потребляемой им электрической энергии. В конечном итоге вся энергия потерь превращается в тепловую энергию, идущую на нагрев двигателя и рассеивающуюся в окружающей среде. В начальный период после включения большая часть выделяющегося в двигателе тепла идет на повышение его температуры, а меньшая поступает в окружающую среду. Затем по мере увеличения температуры двигателя все большее количество тепла передается в окружающую среду, и наступает момент, когда все выделяемое тепло рассеивается в пространстве. Тогда наступает тепловое равновесие, и дальнейшее повышение температуры двигателя прекращается. Такая температура нагрева двигателя называется установившейся. Установившаяся температура с течением времени остается постоянной, если нагрузка двигателя не изменяется.
Количество тепла Q, которое выделяется в двигателе за 1 с, можно определить по формуле:
| Q = | P2 | – P2 = P2 · ( | 1 | – 1) |
| η | η |
где η – КПД двигателя; P2 – мощность на валу двигателя.
Из формулы следует, что чем больше нагрузки двигателя, тем больше тепла в нем выделяется и тем выше его установившаяся температура.
3. Соотношение между временем нагрева двигателя tн и постоянной времени Tн:
Tн > tн
Скорость нагрева двигателя tн характеризуется постоянной времени Tн. Постоянная времени зависит от коэффициентов теплоемкости и теплоотдачи. Чем больше теплоемкость тела, тем больше Tн и тем медленнее нарастает температура. Увеличение теплоотдачи ведет к ускорению процесса установившегося теплового состояния. Таким образом, постоянная времени нагрева является обобщающим параметром, характеризующим тепловую инерцию двигателя: чем она больше, тем медленнее идет нагрев.
4. На максимальную мощность двигатель рассчитывается при длительном режиме, когда нагрузка постоянна и рабочий период настолько велик, что нагрев электродвигателя достигает своего установившегося значения.
5. Правильное соотношение между, максимальным Mmax и допустимым Mдоп моментами: Mmax ≥ Mдоп
Отношение максимального момента к допустимому (номинальному) называют перегрузочной способностью двигателя. Для расчета максимального момента используют формулу: Mmax = Mдоп · λ,
| где | Mmax – величина максимального момента; Mдоп – величина допустимого момента двигателя; λ – перегрузочная способность двигателя, указанная в паспортных данных (λ = 2 ÷ 3) |
6. Для работы в длительном режиме мощностью Р = 120 кВт и КПД = 80% подходит двигатель с мощностью 160кВт.
| P1 = | P2 | = | 120 | = 150 кВт |
| η | 0,8 |
5. Вывод
Значение правильного расчета мощности электродвигателя велико, т.к. от этого в значительной степени зависят технические и экономические показатели работы электропривода.
При установке электродвигателя завышенной мощности увеличиваются капитальные затраты, снижаются КПД двигателя, коэффициент мощности (в установках переменного тока), увеличивается непроизводительная нагрузка электрической сети.
Недостаточная мощность электродвигателя является причиной понижения производительности рабочей машины, а систематическая перегрузка электродвигателя ведет к преждевременному выходу его из строя и даже несет возможность аварии.