Расчет электродвигателя для привода скребкового транспортера

Монтажная схема.cdw

электрическая схема.cdw

транспортера 4 (вперед)
Выдержка времени для движения
продукта по транспортеру 3
Выдержка времени для заполнения
второй половины транспортера4
Остановка транспортера 3
транспортера 4 (назад)
Линия раздачи зерна.
Схема электрическая
Сигнализация о работе

Задание16.doc

Курсовая работа содержит пояснительную записку объемом 33 листа включающую в себя 7 таблиц и 64 расчетных формул. В работе произведен расчет электропривода горизонтального скребкового транспортера.
Графическая часть работы представлена на двух листах формата А1.
Задание на курсовую работу 3
Описание технологической схемы линии 6
Выбор электродвигателя для привода транспортера 7
Расчет и построение механической характеристики рабочей
Определение приведенного к валу двигателя момента инерции
Расчет и построение механической характеристики электродви-
Определение времени разбега и торможения электропривода 14
Проверка двигателя по условиям запуска и работы 17
Определение активной и реактивной мощности потребляемой из сети двигателем 20
Составление электрической схемы управления электроприводом. Краткое описание работы схемы. 22
Выбор аппаратуры управления и защиты 24
Расчет показателей надежности электропривода 29
Комплексная механизация электрификация и автоматизация технологических процессов является генеральным направлением развития современного сельского хозяйства.
Современная система электроприводов предполагает что они не только максимально удовлетворяют требованиям машин работающих в различных режимах но и достигнута максимальная типизация элементов их исполнение соответствует требованиям окружающей среды.
Внедрение системы электрифицированных машин в сельскохозяйственное производство позволит повысить производительность труда сократить численность работников улучшить качество продукции и снизить затраты на её производство.
Описание работы технологической линии и
кинематическая схема машины
Включение технологической линии происходит против движения продукта. Каждый предыдущий элемент включает следующий.
Зерно из бункера 1 через заслонку 2 подается на транспортер 3 и далее на транспортер 4. Причем транспортер 4 должен начать движение только после попадания на него первой порции продукта. При наезде на конечный выключатель SQ1 сбрасывается в кормушки и транспортер останавливается. Обратное движение транспортера начинается через выдержку времени. При обратном движении транспортера заполняется вторая половина транспортера. При наезде на SQ2 происходит заполнение второй половины кормушек и отключение установки.
По технике безопасности при пуске необходимо учесть подачу предупредительного сигнала.
– электродвигатель; 2 – клиноременная передача;
– червячный редуктор; 4 – скребковый транспортер
Рисунок 1 – кинематическая схема привода скребкового транспортера
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПРИВОДА
СКРЕБКОВОГО ТРАНСПОРТЕРА
Мощность нагрузки на валу электропривода скребкового транспортера для зерна с нагруженными скребками определяется по формуле
где Р1 – мощность необходимая для перемещения тягового органа длиной L = 1 м по горизонтали со скоростью v = 1 мс
L – длина транспортера м;
v – скорость движения транспортера мс;
Р2 – мощность необходимая на перемещение продукта при производительности Q = 1 тч на расстояние 1 м в горизонтальном направлении Р2 = 00027 кВт;
Q – производительность тч;
П – КПД передачи клиноременной П = 097 098 зубчатой
Так как режим работы кратковременный:
– коэффициент тепловой перегрузки:
где tP – время работы мин;
ТН – постоянная времени нагрева ТН = 20 мин.
– коэффициент механической перегрузки электродвигателя:
где α – коэффициент потерь α = 05 07.
Расчетную мощность Рр кВт электродвигателя определяют по формуле
Номинальная мощность РН > РР.
Выбираем предварительно двигатель серии 4А132М6УЗ
Таблица 1 – Паспортные данные выбранного электродвигателя.
При номинальном режиме
Расчет механической характеристики
Механическая характеристика при работе на холостом ходу и под нагрузкой представляет собой зависимость момента сопротивления механизма от частоты вращения или угловой скорости и описывается уравнением:
гдеМс – момент сопротивления механизма при угловой скорости w Н·м;
Мсо – момент сопротивления механизма не зависящий от угловой скорости Н·м;
Мсн – момент сопротивления при номинальной угловой скорости Н·м;
w – текущее значение угловой скорости вала рабочей машины с-1;
wн.рм – номинальная угловая скорость вала рабочей машины с-1;
х – показатель степени характеризующий изменение статического момента в зависимости от степени изменения угловой скорости.
Показатель степени механических характеристик для скребковых транспортеров х = 10 следовательно Мс = Мсн.
Рассчитаем момент сопротивления при номинальной угловой скорости:
гдеPС– расчетная мощность двигателя кВт;
wн– номинальная угловая частота вращения ротора радс.
н = С·(1 – Sн) = 10467 · (1-0032) = 1013 с-1; (7)
Определение момента инерции системы приведенного
к валу электродвигателя
Приведенный к валу электродвигателя момент инерции системы J пр определяется по формуле
J пр = J дв + Jред + кг·м2 (8)
где J дв – момент инерции ротора двигателя J дв = 0058 кг·м2;
Jред – момент инерции редуктора Jред = 3·J дв кг·м2;
mГ – масса частей рабочей машины и груза кг;
mТ – масса транспортера кг;
v – скорость движения транспортера v = 01 мс = 360 мч.
J пр = 0058 + 3 · 0058 + кг·м2
Построение механической характеристики электродвигателя
Механическая характеристика электродвигателя М дв = f() рассчитывается по формуле Колосса 2:
где Мдв – вращающий момент электродвигателя Н·м;
S – текущее скольжение;
Sкр – критическое скольжение; соответствующее максимальному вращающему моменту электродвигателя S кр = 260% для нашего электродвигателя.
Расчет ведем задаваясь скольжением S по формулам 2:
где – коэффициент равный отношению кратности максимального к пусковому моментов
По формуле Клосса рассчитываем механическую характеристику задаваясь значениями скольжения от 0 до 1. Затем пересчитаем скольжение на угловую скорость в каждой точке.
Определим пусковой минимальный и критический момент электродвигателя:
гдеmп – кратность пускового момента mп = 20;
mкр – кратность максимального момента mкр = 25;
mмин – кратность минимального момента mкр = 18;
Мн – номинальный момент электродвигателя Мн = 74 Н·м.
Определим 5 характерных точек механической характеристики:
) Н = С·(1 – S) = 1047·(1 – 0032) = 1013 радс;
) КР = С·(1 – SКР) = 1047·(1 – 026) = 775 радс;
) = С·(1 – S08) = 1047·(1 – 08) = 209 радс;
М = ММИН = 1332 н·м.
М = ММАКС = 148 н·м.
Для построения искусственной характеристики (при снижении питающего напряжения на 30% воспользуемся следующим соотношением:
Расчеты сведем в таблицу 2.
Таблица 2 – Расчет механической характеристики двигателя
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ РАЗБЕГА И ТОРМОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Время разбега и торможения системы под нагрузкой и на холостом ходу может быть определено на основе уравнения движения электропривода:
гдеМдин - динамический момент системы Н·м;
- угловое ускорение с-2.
Рассмотрим два способа для определения времени разбега и торможения: графический и графоаналитический. Эти способы основаны на том допущении что в уравнение движения электропривода вместо бесконечно малых приращений скорости и времени подставляются малые конечные приращения и среднее значение момента двигателя и момента сопротивления для каждого периода изменения скорости т.е.:
Для решения задачи по определению времени разбега и торможения системы следует по графическим зависимостям и построить кривую динамического момента .
Графоаналитический способ.
Для каждого участка этой кривой определяется Dti :
Полное время разбега определяется как:
При одинаковых значениях Dw на всех участках полное время разбега может быть найдено из выражения:
Мдв.i-Мс.пр.i = Мдин.i.ср – соответствующее среднее значение динамического момента на каждом из участков кривой Н·м.
Результаты расчета сведем в таблицу 4.
Таблица 3 - Расчет времени разбега и торможения электропривода.
Определяем время разгона:
Определяем время торможения:
гдеmt – масштаб времени ссм
÷ ОВ – отрезок ÷ ОВ = 65 см.
где÷ ОС – отрезок ÷ ОС = 89 см.
Масштаб времени определяется по формуле
гдеmj - масштаб момента инерции ;
mDw - масштаб угловой скорости ;
mМдин - масштаб динамического момента сопротивления.
Масштаб момента инерции определяется по формуле:
гдеJпр - приведенный момент инерции;
ОА - отрезок ОА = 3 см.
Масштаб угловой скорости .
Масштаб динамического момента сопротивления:
ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ ПО УСЛОВИЯМ
Для обеспечения пуска электродвигателя должны выполняться условия:
гдеU – напряжение сети с учетом снижения на 20–30% В;
UН – номинальное напряжение сети В;
Мп – пусковой момент электродвигателя Н·м;
Мм – минимальный момент электродвигателя при номинальном напряжении сети Н·м;
Мо – момент статического сопротивления на валу электродвигателя при трогании рабочей машины Н·м;
МS=08 – момент статического сопротивления на валу электродвигателя при скольжении 08 Н·м;
Мизб – минимальный избыточный момент необходимый для пуска электродвигателя принимается равным Мизб = 02· Мсн.
Статическая устойчивость электропривода при снижении напряжения питающей сети определяется соотношением:
Момент сопротивления рабочей машины рассчитывается исходя из расчетной мощности:
Мизб = 02· Мсн = 02 · 687 = 137 Н·м(32)
Проверяем выбранный электродвигатель по условиям пуска:
Проверяем выбранный электродвигатель по условиям статической устойчивости:
Следовательно двигатель успешно запустится при снижении питающего напряжения на 20% от номинального значения.
Так как режим работы кратковременный то проверяем выбранный двигатель по условиям нагрева следующими соотношениями:
где Рп – фиктивная пусковая мощность Рп = РН ·
tП tР – соответственно продолжительность пуска и работы электродвигателя с;
IП IР – соответственно пусковой и рабочий ток электродвигателя А.
РП = РН · iП = 75 · 6 = 45 кВт.(36)
При расчете коэффициента тепловой перегрузки учитывают и время пуска:
где ТН – постоянная времени нагрева
где m – масса выбранного двигателя кг;
vН – номинальное превышение температуры обмотки статора электродвигателя vН = 80 0С.
Коэффициент механической перегрузки электродвигателя:
;РН = 75 кВт > 388 кВт следовательно выбранный электродвигатель проходит по условию нагревания.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ИЗ СЕТИ ДВИГАТЕЛЕМ
Активная реактивная и полная мощности потребляемые электродвигателем из сети определяется по известным формулам с учетом коэффициента загрузки.
Коэффициент загрузки двигателя определяется по формуле
Коэффициент полезного действия определяется по формуле
где– коэффициент формы кривой КПД.
Коэффициент формы кривой КПД рассчитывается по номинальным данным:
Где hн – КПД электродвигателя при номинальной мощности hн = 855 %.
Коэффициент мощности определяется по формуле
где - коэффициент формы кривой
tgjн = 072 mmax = 25.
Коэффициент формы кривой cosj определяется по формуле:
Активная максимальная мощность потребляемая электродвигателем из сети определяется по формуле
где hз – КПД при данном коэффициенте загрузки.
Полная максимальная мощность потребляемая электродвигателем из сети определяется по формуле
Реактивная мощность максимальная потребляемая электродвигателем из сети определяется по формуле
СОСТАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СХЕМЫ.
При нажатии кнопки SB2 получает питание катушка KT1 замыкается контакт КТ1 и шунтирует кнопку SB2 и ставит себя на самоудержание. Через выдержку времени необходимую для подачи звукового сигнала замыкается контакт КТ1 и получает питание промежуточное реле KV1. Своим замыкающим контактом подает питание в цепь управления и размыкается размыкающий контакт KV1. Обесточивается катушка реле времени KT1 и обесточивается ревун НА1.
Одновременно подается напряжение на катушку магнитного пускателя КМ3 приводится в движение транспортер 3. Замыкается замыкающий контакт КМ3 в цепи катушки магнитного пускателя КМ2 заслонка 2 открывается зерно подается из бункера 1 через заслонку 2 подается на транспортер 3. Одновременно с этим замыкается замыкающий контакт КМ2 в цепи катушки реле времени КТ2. Через выдержку времени необходимую для движения продукта по транспортеру 3 замыкается замыкающий контакт КТ2 в цепи катушки магнитного пускателя КМ4.1 транспортер 4 после попадания на него первой порции продукта начинает движение вперед. При наезде транспортером 4 на концевой выключатель SQ1 получает питание катушка реле времени КТ3 своим размыкающим контактом размыкает цепь магнитного пускателя КМ4.1 транспортер 4 останавливается.
Через выдержку времени замыкается замыкающий контакт КТ3 в цепи катушки магнитного пускателя КМ4.2 транспортер начинает движение назад. Одновременно с этим получает питание катушка реле времени КТ4 через выдержку времени необходимую для заполнение второй половины кормушек размыкается размыкающий контакт КТ4 в цепи катушки реле времени КТ2.
При наезде транспортера 4 на концевой выключатель SQ2 получает питание катушка промежуточного реле KV2 своим размыкающим контактом он обосточивает катушку промежуточного реле KV1 установка останавливается.
Электрическая схема приведена на листе 1 графической части.
ВЫБОР АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ.
Согласно силовой схеме (см. лист 1) двигатели защищаются автоматическими выключателями.
Условия выбора автомата:
где UАВТ-напряжение на которое рассчитан автомат В
Uуст;-напряжение уставки В
IН.АВТ- номинальное значение тока автомата А
IРАСЧ - расчетный ток защищаемой линии А
IТ.Р - ток теплового расцепителя автоматаА
IСР.ОТСЕЧ- ток электромагнитного расцепителяА
КН– коэффициент надежности автомата;
КН=21 для автоматов серии ВА51 и АП 50
IMAX – максимальное значение тока в защищаемой сети А
Выбор автоматического выключателя QF3:
IП = IН · Кi = 60 · 1645 = 987 А
Определим кн· Imax А
кн· Imax = 21 · 987 = 2073 А
Принимаем автомат серии ВА51–25 с IН.АВТ = 25 А; IТ.Р= 25 А;
IСР.ОТСЕЧ= 10 · 25 = 250 А; UН.А = 660 В.
Выбор автоматического выключателя QF2:
Для привода транспортера принят двигатель типа 4A71А4У3 c техническими данными: РН = 055 кВт cosφН = 070 Н = 705% Кi = 55.
IП = IН · Кi = 55 · 169 = 93 А
кн· Imax = 21 · 93 = 196 А
Принимаем автомат серии ВА51–25 с IН.АВТ = 25 А; IТ.Р = 20 А;
IСР.ОТСЕЧ = 14 · 2 = 28 А; UН.А = 660 В.
Выбор автоматического выключателя QF1:
Мощность электромагнитных заслонок 600 Вт
кн· Imax = 21 · 091 = 19 А
Принимаем автомат серии АП50Б–2МТ с IН.АВТ = 25 А.
В качестве КТ1 КТ4 используем реле типа РВ-4 у которого : 1 замыкающий и 1 размыкающий с выдержкой времени и 1 замыкающий и 1 размыкающий без выдержки времени с SВКЛ=180 В·А SУДЕР=40 В·А.
Выбор звукового сигнала
Принимаем ревун типа РВ-220 с SВЫКЛ=60 В·А
Выбор кнопочных станций
В качестве SB1 SB2 принимаем однокнопочные станции SB1- КЕО81 SB2 – КЕО41 с UН = 380 В IДЛИТ = 5 А
Выбор сигнальной арматуры
Принимаем сигнальную арматуру АС-44101У2 с лампами HL1 HL5 КМ6-60 с резисторами R1 R5 типа ПЭВ-75 кОм10%
Выбираем промежуточные реле KV1–KV2:
РПУ-0: Iн=25А Uн=~240 В коммутируемый ток Iвкл=6А Iоткл=12А
Выбор магнитных пускателей сведем в таблицу 5
тактов используемых в схеме
Количество его блок контактов и ток М.П
Пределы регулирования
Таблица 4 – Выбор магнитных пускателей
Выбор предохранителя в цепи управления
Расчет токов потребляемых катушками аппаратов производится по формуле
Рассмотрим вариант при котором будет работать одновременно максимальное число элементов схемы для определения максимального тока потребляемого схемой.
КV1 KM2 KM3 КТ2 КМ4.2 КТ4 KV2 HL1 – HL4
Ток плавкой вставки определяется по формуле для каждого варианта и по максимальному току выбираем предохранитель.
Принимаем предохранитель типа ПРС-6 с IН.А= 6 А IП.В = 2 А;
РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Эффективность применения схем управления определяется по показателям надежности и экономическим характеристикам.
Электропривод относится к восстанавливаемым объектам и поэтому основными показателями надежности являются: вероятность безотказной работы на определенное время работы интенсивность отказов коэффициент готовности.
Вероятность безотказной работы на t часов наработки определяется по формуле:
t – время работы t =10000 ч.
n – число элементов схемы.
Интенсивность отказов релейно – контактной и коммутационной аппаратуры определяется как:
– поправочные коэффициенты учитывающие соответственно время нахождения обмотки под напряжением уровень электрической нагрузки для сельскохозяйственного производства .
Все расчеты сведем в таблицу.
Таблица 5 - Расчет интенсивности отказов схемы
Интенсивность отказов λi 10-6 ч-1
Среднее время восстановления ч
Воспринимающей части
Исполнительной части
Магнитный пускатель реле промежуточные
Для кнопочной станции:
λi = 2×03×25×10-6 = 15×10-6 ч-1
Для магнитных пускателей:
λi = (6×28·1 + 12×25×25)×10-6 = 918×10-6 ч-1
λi = 2×35×25×10-6 = 175×10-6 ч-1
λi = (4×12·1 + 4×10×25)×10-6 = 148×10-6 ч-1
Общая интенсивность отказов λсх = 2588×10-6 ч-1
Вероятность безотказной работы:
Коэффициент готовности определяется по формуле
гдеТо.сх То.дв – средняя наработка на отказ соответственно схемы управления и двигателя;
Тв.сх Тв.дв – среднее время восстановления соответственно схемы управления и двигателя ч;
гдеТв.i – среднее время восстановления i-го элемента схемы ч.
Тв.дв = 6 8 часов принимаем Тв.дв = 7 часов
Показатели надежности электропривода в целом определяются с учетом того что выход любого элемента приводит к отказу всей системы.
Вероятность безотказной работы электропривода определяется по формуле:
Коэффициент готовности электропривода рассчитывается по формуле:
Интенсивность отказов электропривода можно рассчитать по формуле
= (2588 + 21)·10-6 = 2609·10-6 ч-1
Фоменков А.П. Электропривод сельскохозяйственных машин и поточных линий. – М.: Колос 1984.-228с.
Щербаева Л.П. Оськин С.В. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Электропривод» - Зерноград 1995. – 77с.
Чиликин Н.Г. Сандлер А.С. Общий курс электропривода. - М.: Энергоиздат 1981.-576с.
Андреев В.И. Сабинин О.А. Основы электропривода. - М.: Высшая школа 1968.-772с.
Назаров Г.И. Олейник Н.П. Фоменков А.П. Юровский И.М. Электропривод и применение электрической энергии в сельском хозяйстве. - М.: Колос 1973.-446с.
Применение электрической энергии в сельскохозяйственном производстве Справочник под редакцией академика ВАСХНИЛ Листова П.Н. – М.: Колос 1974.
Справочник по автоматизированному электроприводу Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинявского. – М.: Энергоатомиздат 1993.
Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник А.Э. Кравчик М.М. Шлаф и др. – М.: Энергоиздат 1982.-504с.
Каганов И.Л. Курсовое и дипломное проектирование. – М.: Колос 1980.-349с.

График.cdw

Механическая характеристика
электропривода скребкового транспортера
разгона и торможения.

Шкаф.cdw