Анализ работы системы автоматизированного электропривода с трёхфазным асинхронным электродвигателем

Российский заочный институт текстильной  и легкой      промышленности

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

 

 

 

 

Дисциплина: «Электромеханические системы»

 

Тема: Анализ работы системы автоматизированного    электропривода с трёхфазным асинхронным электродвигателем.

 

 

 

 

 

Студента 3 курса ЭМФ

Специальность 210200

021 Шифр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Серпухов 2007 год

Содеожание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных  электроустановках и являются самым  распространенным видом бесколлекторных электрических машин переменного тока.

Как и любая электрическая  машина, асинхронная машина обратима и может работать как в генераторном, так и в двигательном режимах. Однако преобладающее применение имеют  асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода. Области применения асинхронных двигателей весьма широкие  - от приводов устройств в автоматике до приводов крупного парного оборудования и соответственно находят широкое применение в текстильной и легкой промышленности. В соответствии с назначением мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью составляет диапазон от долей ватт до тысяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ. Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты – 50 Гц.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Технические требования к схемам управления автоматизированным электродом

Электропривод –  представляет собой электродвигатель, питаемый от сети и приводящий в движение какой - либо исполнительный орган.

На выбор  схемы управления приводом оказывает его целевой и прежде всего обеспечение соответствующие мощности. Для чего необходимо:

• Выбрать двигатель соответствующей мощности;
• Иметь минимальную мощность сигнала управления;
• Обеспечить удобство в эксплуатации;
• Иметь достаточный уровень автоматизации и механизации.

Схема управления должна предусматривать  пуск, останов, регулирование частоты  вращения электродвигателя, изменение  направления его вращения и торможения. Для этого в схеме должны быть предусмотрены аппараты ручного управления: рубильники, пакетные выключатели, пусковые и регулировочные реостаты, контролеры, а также защитная аппаратура: плавкие вставки, автоматы защиты, пускатели позволяющие осуществлять защиту электропривода от перегрузок, короткого замыкания, перенапряжений.

 

Для управления электропривода на базе трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором предлагается следующая схема представленная на рисунке 1. схема предусматривает пуск пониженным напряжением путем использования резисторов в цепи питания обмотки статора, (ступенчатый пуск), регулирование скорости вращения асинхронного двигателя не предусмотрено, возможно, изменение направления вращения двигателя (реверс) и останов двигателя.

Для ограничения пускового  тока применяется метод пониженного  напряжения при помощи активных сопротивлений R. Для пуска двигателя нажимается кнопка «Вперед» («Назад»), в результате чего подается напряжение на обмотку реле У1 (У2) и реле времени РВ1 (РВ2). Реле У, срабатывая переключает двигатель к сети через сопротивления R и блокирует кнопку «Вперед» («Назад»). При М_г > М_ст начинается разгон двигателя.

Реле времени РВ после  подключения ее обмотки в сеть заработает не сразу, а спустя определенное время выдержки, на которое оно настроено. Срабатывая, реле РВ своими контактами подключает к сети реле В или Н, которое своими замыкающими контактами  шунтирует сопротивление R. Для останова двигателя нажимается кнопка «Стоп», после чего обесточиваются обмотки реле У1 (У2) и В (Н), которые своими контактами отключает двигатель от сети.

Реверс двигателя осуществляется нажатием кнопок «Вперед» и «Назад». При этом происходит переключение двух фаз обмотки статора к двум другим фазам питающей сети, то есть происходит изменение порядка чередования фаз двигателя.

Защита двигателя и  схемы управления осуществляются с  помощью тепловых реле КК1 и КК2, автоматического выключателя QF и плавкой вставки FU.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Трехфазный асинхронный  двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором представляет собой электрическую машину, состоящую из статора и ротора. Статор состоит из корпуса с клемной коробкой и  щитами. Внутри корпуса расположен сердечник, в пазах которого уложена трехфазная обмотка, предназначенная для создания вращающегося магнитного поля.

 Ротор состоит из  вала, сердечника, в пазах которого  расположены токопроводящие стержни,  закороченные с двух сторон  и образующие «белечью клетку». Электрическая схема АД представлена на рисунке 2.

При подаче трехфазного напряжения на обмотку статора (зажимы С₁, С₂, С₃) в фазах обмотки текут токи, которые формируют вращающееся магнитное поле. Это поле пересечет обмотку ротора и наводит в ней ЭДС (закон электромагнитной индукции). При закороченной обмотке под действием ЭДС в ней протекает ток, который при взаимодействии с магнитным полем формирует электромагнитную силу, действующую на ротор (закон электромагнитных сил). В результате ротор приводится во вращение. 

 

Рисунок 2. Электрическая  схема асинхронного двигателя с  короткозамкнутым ротором.

 

Основными параметрами, которые характеризуют работу АД, являются:

• М_вр – момент вращения;
• n₁ – частота вращения магнитного поля;
• n₂ – частота вращения ротора;
• I₁ – ток потребляемый двигателем;
• Р₁ – потребляемая мощность;
• Р₂ – полезная (выходная) мощность;
• cos j ₁ – коэффициент мощности двигателя;
• h - коэффициент полезного действия.

 

Рабочие характеристики АД представляют собой зависимость n_2, cos j _{1 ,} М_вр, h, I₁ от полезной мощности Р₂ при напряжении питания U₁= const и частоты этого напряжения f = const. Рабочие характеристики АД представлены на рисунке 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Рассчитать  и построить механическую характеристику асинхронного двигателя при следующих технических параметрах трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя типа. 4А100L4УЗ.

• Синхронная вращения (скорость вращения) магнитного поля

n_с = 1500 об/мин;

• Номинальная мощность двигателя P_н=4,0 кВт;
• Номинальная скорость вращения двигателя n_н = 1 430об/мин;
• Номинальный тип двигателя I_н= 8,6А;
• Линейное напряжение питания U₁= 880R;
• Номинальный КПД   h = 84%;
• Номинальный коэффициент мощности cosj_{н =} 0,84;
• Кратность пускового тока двигателя m_i=6,0;
• Кратность максимального момента двигателя m_цо = 2,4;
• Кратность пускового момента двигателя m_п = 2,0;
• Кратность минимального момента двигателя m_min = 1,6.

 

Для построения механической характеристики асинхронного двигателя найдем некоторые характерные точки:

• Точка холостого хода (точка 1) с координатами М_дв = 0 и ω = ω_о;

Примем, что

• Тоска номинального режима (точка 2) с координатами

М_дв= М_п и w = w_{н  ,}

т.е.

• Критическая точка, разделяющая рабочий и пусковой участок характеристики (точка 3) с координатами:

М_дв.= М_кр.   и  w = w_кр,

Т.е.                                   М_кр.= m_кр.×М_н= 2,4 × 26,7 =64,1 Нм ; 

w_кр. = w_с -w_с ×S_кр.,

 

где                                 

 

Для определения критического скольжения S_кр найдем номинальное скольжение.

Тогда,                    

Следовательно, w_кр.= 157- 157· 0,393 = 95,35 рад/с ;

• точка минимального момента (точка 4) на с координатами:

М_дв.= М_min   и  w = w_min ,

т.е.                                  М_дв.= m_min × М_н = 1,6 × 26,2 =42,72 Н×м_,

                                             

а,                             

тогда                         

при этом                

• точка пускового момента (точка 5) с координатами

М_дв.= М_n    и w=w_п

Где,          М_n= m_n × М_н = 2 ×26,7 = 53,4 Н×м ,

            w_п = 0 

Для определения промежуточных  точек на рабочем участке по характеристики воспользуемся формулой:

 

а также  задаваясь различными значениями угловой скорости w и S в пределах от w_n до w_кр.

а) w_а = 130рад/с,    

тогда,

б) w_б = 120рад/с,    

тогда,

в) w_в = 105рад/с,    

тогда,

Для определения точек на пусковом участке характеристики  (w_кр …w_min) воспользуемся формулой.

 

Задается угловой скоростью w.

 

г) для w_г = 70 рад/с.,

тогда,

в) для w_в = 50 рад/с.,        

тогда, 

по найденным точкам строим механическую характеристику двигателя 

 w = f  (М_дв) рисунок 4. Все параметры связаны в таблицу №1.

    Таблица №1

Точки на характеристике	Скорость вращения		Момент двигателя, Мдв. ,Н×м;	Скольжение, S; n, об/мин,
	n, об/мин,	w, рад/с;
1	1500	157	0	0
2	1430	149,7	0,0465	26,7
а	1241,5	130	0,172	51
б	1146	120	0,235	58,6
в	1002,7	105	0,33	63,6
3	910,6	95,35	0,393	64,1
г	668,5	70	0,554	48,96
д	477,5	50	0,68	43,4
4	378,7	39,66	0,747	42,74
5	0	0	1	53,4

 

 

 

 

 

 

 

             

  

 

 

 

IV. Рассчитать и построить механическую характеристику  М_мех= f (w)  приводной машины.

Для расчета характеристики воспользуемся формулой.

М_max= М_сп+ b_с × w_,

где  М_сп - момент сопротивления машины при w = 0 М_сп=0,5 М_н;

         b_с - жёсткость механической приводной машины b_с=1,6·10^-3 Мн

М_max – момент сопротивления приводной машины.

 

Формулы для расчета характеристики приводной машины описывает уравнение прямой линии. Поэтому для ее  построения необходимо определить две точки.