Электропривод вентилятора

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Электрический привод - это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Современный электропривод - это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности.

Проблема регулирования скорости движения машин и механизмов с целью экономии электроэнергии решалась в последние десятилетия в основном с помощью регулируемых электроприводов. Причём, если ещё в 70-80-х годах преобладающими были регулируемые электроприводы постоянного тока, то в настоящее время они повсеместно вытесняются регулируемыми электроприводами переменного тока, как правило, с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Объясняется это достижениями микроэлектроники, позволяющими реализовать небольшими аппаратными затратами довольно сложные алгоритмы управления электродвигателем переменного тока, который в общем случае предпочтительнее двигателя постоянного тока по надёжности, массе, габаритам и стоимости.

АСИНХРОННЫЙ электродвигатель - асинхронная электрическая машина, работающая в двигательном режиме. Наиболее распространен трехфазный асинхронный электродвигатель (изобретен в 1889 М.О. Доливо-Добровольским). Асинхронные электродвигатели отличаются относительной простотой конструкции и надежностью в эксплуатации, однако имеют ограниченный диапазон частоты вращения и низкий коэффициент мощности при малых нагрузках. Мощность от долей Вт до десятков МВт.

электрический двигатель вентилятор электропривод

Преобразователь частоты - радиоэлектронное устройство для преобразования электрического (электромагнитного) сигнала путём переноса его спектра на некоторый интервал по оси частот. Другие названия преобразователя частоты электродвигателя − инвертор, инвертер, частотный преобразователь. Это устройство контроля работы электрического двигателя посредством регулирования числа оборотов (частотного регулирования) электропривода.

Частотный преобразователь (ЧП) служит для плавного регулирования скорости асинхронного двигателя за счет создания на выходе преобразователя трехфазного напряжения заданной частоты. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление. Частотный преобразователь - это устройство состоящее из выпрямителя (моста постоянного тока), преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный и инвертора (преобразователя) (иногда с ШИМ), преобразующего постоянный ток в переменный требуемых частоты и амплитуды. Выходные тиристоры (GTO) или транзисторы (IGBT) обеспечивают необходимый ток для питания электродвигателя. Для улучшения формы выходного напряжения между преобразователем и двигателем иногда ставят дроссель, а для уменьшения электромагнитных помех - EMC-фильтр.

Частотное регулирование электроприводов позволяет повысить надёжность работы оборудования и систем, улучшить качество производимой продукции или услуг, автоматизировать производство, экономить ресурсы и энергию.

 

1. Выбор вентилятора

 

По заданной мощности Р = 12,5 кВт выбираем из справочника вентиляторов нужный. Поданной мощности берём ВЦ4-75-64 (центробежный вентилятор)

Таблица 1: Паспортные данные вентилятора.

Тип	Мощность кВт	Производительность М3/ час	Скорость вращения об/мин	Давление Па	Вес кг
ВЦ4-75-64	12,5	16,3	1500	1490	136

 

Краткая характеристика центробежных вентиляторов.

Центробежные вентиляторы относятся к категории нагнетателей, отличающихся наибольшим разнообразием конструктивных типов. Колеса вентиляторов могут иметь лопатки загнутые как вперед, так и назад относительно направления вращения колеса. Достаточно распространены вентиляторы с радиальными лопатками.

При проектировании следует учитывать, что вентиляторы с лопатками назад более экономичны и менее шумны.

КПД вентилятора растет с увеличением быстроходности и для колес конической формы с лопатками назад может достигать значения ~0,9.

С учетом современных требований к энергосбережению при проектировании вентиляторных установок следует ориентироваться на конструкции вентиляторов, соответствующих отработанным аэродинамическим схемам Ц4-76, 0,55-40 и сходным с ними.

Компоновочные решения определяют КПД вентиляторной установки. При моноблочном исполнении (колесо на валу электропривода) КПД имеет максимальное значение. Использование в конструкции ходовой части (колесо на собственном валу в подшипниках) снижает КПД приблизительно на 2 %. Клиноременная передача по сравнению с муфтой дополнительно снижает КПД еще минимум на 3 %. Проектные решения зависят от давления вентиляторов и их быстроходности.

По развиваемому избыточному давлению воздушные вентиляторы общего назначения делятся на следующие группы:

1. вентиляторы высокого  давления (до 1 кПа);

2. вентиляторы среднего  давления (1¸3 кПа);

3. вентиляторы низкого  давления (3¸12 кПа).

Некоторые специализированные вентиляторы высокого давления могут развивать давление до 20 кПа.

По быстроходности (удельному числу оборотов) вентиляторы общего назначения подразделяют на следующие категории:

1. быстроходные вентиляторы (11<ns<30);

2. вентиляторы средней  быстроходности (30<ns<60);

3. быстроходные вентиляторы (60<ns<80).

Конструктивные решения зависят от требуемой проектным заданием подачи. При больших подачах вентиляторы имеют колеса двустороннего всасывания.

Предлагаемый расчет относится к категории конструктивных и выполняется методом последовательных приближений.

Коэффициенты местных сопротивлений проточной части, коэффициенты изменения скорости и соотношения линейных размеров задаются в зависимости от проектного давления вентилятора с последующей проверкой. Критерием правильности выбора является соответствие расчетного давления вентилятора заданному значению.

 

 

2. Расчет мощности  и выбор электродвигателя

 

По имеющей мощности составляем временную диаграмму за один цикл работы привода вентилятора, для этого берём приблизительные значение любых мощностей.

Параметры:

P1 = 12,5 кВт t1 = 1,25 с

Р2 = 12,0 кВт t2 = 6,5 с

Р3 = 13,5 кВт t3 = 0,85 с

Р4 = 5,0 кВт t4 = 0,6 с

Р5 = 8,0 кВт t5 = 4 с

α = 0,4 - коэффициент потерь

β0 = 0,25 - коэффициент ухудшения теплоотдачи

Тн = 55 мин - постоянная нагревания

nмин = 1410 об/мин - частота вращения механизма

Расчет мощности и выбор эл. привода для двигателя технолог. машины

Таблица 2

Мощность P1, кВт	Р2, кВт	Р3, кВт	Р4, кВт	Р5, кВт
12,5	12,0	13,5	5,0	8,0
t 1, c	t 2, c	t 3, c	t 4, с	t 5, с
1,25	6,5	0,85	0,6	4

 

Рисунок 1: Нагрузочная диаграмма времени работы за один цикл.

2.1 По заданной нагрузочной диаграмме определяется время работы за один цикл:

(2.1) Время работы двигателя:

Время паузы:

(2.2) Время цикла:

(2.3) Мах. мощность двигателя

Определяется режим работы двигателя. Исходя из графика работы эл. двигателя делается вывод, что режим работы повторно-кратковременый.

(2.4) Определяется расчетный коэффициент:

Т.к. , то режим длительный.

(2.5) Определяется эквивалентная мощность:

(2.6) Приведем полученную Pэкв к стандартной продолжительности включения:

(2.7) В механизм установлен один двигатель. Двигатель выбирается по номинальному моменту по двум критериям. *

 

Таблица 3: Данные выбранного электро-двигателя

Тип	Рном, кВт	n, об/мин	Sн, %	Cosφ	КПД, %	Кн	Кmax	Кmin	Кi	Uн, В
4АМ160S4	12,5	1500	2,7/2,5	0,86	89	2,2	1,5	1,3	7,5	220

Кн =Мп / Мн

Кмах = Ммах / Мном

Кмin = Ммin / Мном

Кi - кратность пускового тока

Мном - номинальный момент

Мп - пусковой момент

Ммах - максимальный момент

Ммin - минимальный момент

(2.8) Определяем номинальный ток электродвигателя:

(2.9) Номинальный момент эл. двигателя:

(2.10) Паспортные значения мах. из пусковых моментов:

Номинальные данные двигателя:

Номинальное напряжение статора	Uном = 220 В
Ток статора	Iном = 24,74 А
Пусковой ток статора	Iпуск = 309,25 А
Мощность на валу	Pн = 12,5кВт
Обороты	nном = 1500 об/мин
КПД	μ = 0,890
Номинальный момент	Mном = 80 Нм
Минимальный момент	Mdvmax. = 104 Нм
Максимальная частота вращения	nmax. = 1500 об/мин
Число пар полюсов	P = 2

(2.11) Определение мах. момента нагрузки на валу эл. двигателя:

Условия проверки эл. двигателя на перегрузки:

- условие выполняется

(2.12) Коэффициент снижения:

(2.13) Тогда, мах. момент будет равен:

- условие выполняется

(2.14) Мах. ток двигателя при P=Pmax

 

 

3. Расчет механической  характеристики асинхронного двигателя

 

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f (M2). Так как при нагрузке момент холостого хода мал, то M2 ≈ M и механическая характеристика представляется зависимостью n = f (M). Если учесть взаимосвязь s = (n1 - n) / n1, то механическую характеристику можно получить, представив ее графическую зависимость в координатах n и М (рис.1).

 

Рис.1. Механическая характеристика асинхронного двигателя

 

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя соответствует основной (паспортной) схеме его включения и номинальным параметрам питающего напряжения. Искусственные характеристики получаются, если включены какие-либо дополнительные элементы: резисторы, реакторы, конденсаторы. При питании двигателя не номинальным напряжением характеристики также отличаются от естественной механической характеристики.

Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Данные для расчета механических характеристик для данного привода и двигателя:

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с напряжением = 380 В при = 50 Гц.

Параметры двигателя 4АМ160S4:

 

Pн= 12,5 кВт,

nн= 1460 об/мин,

cosφн= 0,86,ηн= 0,89,kн= 2,2

 

Определить: номинальный ток в фазе обмотки статора, число пар полюсов, номинальное скольжение, номинальный момент на валу, критический момент, критическое скольжение и построить механическую характеристику двигателя. Решение.

(3.1) Номинальная мощность, потребляемая из сети:

 

 кВт

 

(3.2) Номинальный ток, потребляемый из сети:

 

 

(3.3) Число пар полюсов

 

 

 

где n1 = 1500 - синхронная частота вращения, ближайшая к номинальной частоте nн= 1460 об/мин.

(3.4) Номинальное скольжение:

 

 

 

(3.5) Номинальный момент на валу двигателя:

 

 

 

(3.6) Критический момент

 

Мк = kм х Мн = 1,5 х 249,5 = 374,25 Нм.

 

(3.7) Критическое скольжение находим подставив М = Мн, s = sн и Мк / Мн = kм.

 

0.078

 

Для построения механической характеристики двигателя с помощью n = (n1 - s) определим характерные точки: точка холостого хода s = 0, n = 1500 об/мин, М = 0, точка номинального режима sн = 0,03, nн = 1500 об/мин, Мн = 249.5 Нм и точка критического режима sк = 0,078, Мк =374.25 Нм.

Для точки пускового режима sп = 1, n = 0 находим

По полученным данным строят механическую характеристику двигателя. Для более точного построения механической характеристики следует увеличить число расчетных точек и для заданных скольжений определить моменты и частоту вращения.

 

4. Построение  естественной механической характеристики  двигателя

 

Механической характеристикой двигателя называется, зависимость частоты вращения n от момента М нагрузки на валу.

Различают естественные и искусственные характеристики электродвигателей.

Естественной механической характеристикой называется - зависимость оборотов двигателя от момента на валу при номинальных условиях работы двигателя в отношении его параметров (номинальные напряжения, частота, сопротивление и тому подобное). Изменение одного или нескольких параметров вызывает соответствующее изменение механической характеристики двигателя. Такая механическая характеристика называется искусственной.

Для построения уравнения механической характеристики асинхронного двигателя воспользуемся формулой Клоса (4.1):

 

 

где Мk - критический момент двигателя (4.1.1):;

 

 

 

Sk - критическое скольжение двигателя (4.1.2);

 

 

l - перегрузочная способность двигателя (l = 3);

Sн - номинальное скольжение двигателя (4.1.3):

 

 

где nн - скорость вращения ротора;

n1 - синхронная скорость поля статора (4.1.4);

 

 

где f - промышленная частота тока питающей сети, (f = 50 Гц) (4.1.5);

Р - число пар полюсов (для двигателя 4АМ132S4 Р=2)