Электропривод вентиляционной установки

 

Двигатель имеет следующие заявленные показатели надежности: 
1. вероятность безотказной работы за 20000 ч наработки — не менее 0,9; 
2. установленный ресурс между операциями восстановления (замена подшипников и обмотки) - не менее 20000 ч; 
3.установленный срок службы до списания — не менее 15 лет, но не более 45000 ч; 
4. средний срок службы до капитального ремонта — не менее 10 лет, но не более 20000 ч.

 

Для построения нагрузочной  диаграммы необходимо определить следующие  величины:

Номинальный момент двигателей

 

 

Величина среднего пускового момента двигателей

 

 

 

Величина тормозного момента

 

 

При работе вентиляторов  электропривод имеет постоянный момент сопротивления:

 

где Q - производительность вентилятора, м³/с; Н - напор (давление) газа, Па; η_В= 0,4 ... 0,85 - КПД вентилятора; ω_в - скорость вентилятора, рад/с; k_З = 1,1... 1,5 - коэффициент запаса.

Принимаем η_i  =0.98,  η_в =0.85,  K_З =1.1

 

В зависимости от времени  года время работы вентиляционной установки будет разное. Расчетные часы взяты без учета аномальных колебаний температуры.

                                                                                      Таблица 2.1

Обозначение вентилятора	Количество	Скорость	Режим	Время работы за год, час	Потребляемая мощность одним вентилятором, кВт
ВО-14-320 № 4	5	1500	Закладка	336	1.1
			Охлаждение	1440
			Длительное хранение	4320

 

 

Учет температур взят средний для всех времен года Центральной полосы России. Средняя температура в хранилище 9 ˚С.

 

 

Рис.8Среднегодовой график температуры.

 

Рис. 9 Нагрузочная характеристика ЭП вентилятора.

 

3. Выбор типа электродвигателя

Методика выбора мощности электродвигателя зависит от характера  нагрузки (постоянная, переменная, случайная) и режима работы (длительный, кратковременный, повторно–кратковременный и т.д.).

Для машин, работающих  с  длительной постоянной нагрузкой, мощность определяется на основании соотношения  Р_н³ Р.

По каталогу выбирается двигатель, ближайший по стандартной шкале. Выбранный двигатель проверяется  по условиям пуска.

Исходя из требований технологического процесса, то есть в отсутствии необходимости  плавного регулирования угловой  скорости электропривода в широком  диапазоне, следует отдать предпочтение асинхронному двигателю переменного тока. Так как наибольшее распространение получила трех фазная сеть переменного тока частотой 50 Гц с линейным напряжением 380 В, поэтому принимаем к установке трех фазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, с номинальным напряжением обмотки статора 380 В.

В   настоящее   время   основной      серией   асинхронных     двигателей,

выпускаемой промышленностью, является серия АИ. Двигатели малоймощности  этой серии изготавливаются на синхронные частоты вращения 3000,1500, 1000 и 750 об/мин. По своим показателям она превосходит  серию 4А: имеет меньшие массогабаритные  показатели (на 10 − 15%) и лучшиехарактеристики. Коэффициент полезного действия и cosϕ у машин этой серии1 − 1,5 % выше, чем у машин серии 4А.

      При изготовлении  машин этой серии применяется  механизированнаяукладка обмоток,  что позволяет уменьшить длину  лобовых частей на 20 % исократить  расход обмоточного провода на 10%. Для обеспечения высокойнадежности  обмотки все двигатели имеют  изоляцию класса нагревостойкости Fпри расчетном нагреве обмоток,  соответствующем классу В.

 

Исходя из выбора вентилятора, подбирается электродвигатель. Для  технологического процесса хранения овощей и фруктов подбирается электродвигатель АИР80А4.

Синхронная частота вращения 1500 об/мин

Тип двигателя	Рн, кВт	cosφ	ηн, %	Sн	Mmax/Мн	Mп/ Мн	Mmin/Мн	Iп/Iн	J, кгм2	Масса, кг
АИР80А4	1,1	75	0,81	7	2,2	2,2	1,6	5,5	0,0032	9,9

Максимальные потери в  приводе вентилятора:

 

 

 

 

где М_н— номинальный момент двигателя, Н·м; ω_оиω_н—угловая синхронная н номинальная скорости вращения приводного двигателя; ω₀ = 157 рад/с; ω_н = 155,4 рад/с.

 

 

 

Относительные максимальные потери:

 

 

 

 

Мощность электродвигателя, рассчитанного на длительный режим работы, определяется с учетом коэффициентов тепловой и механической перегрузки.

Коэффициент тепловой перегрузки определяется по формуле

,

 

где t_р – время работы, мин;

Т_н – постоянная времени нагрева электродвигателя, мин., предварительно принимается равной 20 мин.

Коэффициент механической перегрузки электродвигателя

 

,

где α – коэффициент  потерь, α = (0,5 – 0,7).

 

Расчетная мощность Р_р, Вт, электродвигателя определяется по формуле

Р_р³

1100=1100

Выбранная мощность электродвигателей удовлетворяет условию нагрева и перегрузочной способности двигателя.

 

4. Расчет и построение механической характеристики рабочей машины. Проверка  выбранного электродвигателя по перегрузочной способности.

 

Номинальная частота вращения определяется по формуле

 

 

Номинальный,пусковой (кратность пускового момента принимаем 2.2), минимальный и максимальный моменты электродвигателя определяются по формулам

 

 

 

 

 

 

 

 

Момент статического сопротивления  на валу электродвигателя М_с, Нм равен:

 

где М_с – момент сопротивления механизма при угловой скорости ω_м Нм;

М_о=0.15 М_вн– момент сопротивления механизма, не зависящий от угловой скорости (момент трогания), Нм;  М_сг – момент сопротивления при номинальной угловой скорости, Нм;  ω_д – текущее значение угловой скорости вала рабочей машины, с^–1;  ω_мн – номинальная угловая скорость вала рабочей машины, с^–1;  х – показатель степени характеризующий изменение статического момента от угловой скорости, для электропривода вентилятора принимаем равным 2. Тогда из уравнения следует:

 

Номинальный момент статического сопротивления Мсн, Нм, определяется по формуле

 

.

Минимальный избыточный момент, необходимый для пуска электродвигателя, принимается равным 0,2М_сн, тогда

 

Возможность пуска электродвигателя при снижении питающего напряжения на 20% проверяется по условию

 

= 8.12

8.12

 

Таким образомэлектродвигатель АИР80А4, выбранный в пункте 2 запуститься даже при снижении питающего напряжения на 20%.

 

5. Определение приведенного  к валу двигателя момента инерции  рабочей машины 

Приведенный к валу электродвигателя момент инерции системы J кг∙м², определяется по формуле

 

где  - момент инерции двигателя, 0,003 кг/м²;

- момент инерции рабочей  машины, кг/м²

= =10*0,003=0,03кг/м²

== кг/м²

Вывод.

Таким образом момент инерции  создаваемый на валу двигателя будет  равен  = кг/м².

 

6. Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя. Определить фактическое и допустимое число пусков привода в час.

 

Механическая характеристика машины представляет собой зависимость  между моментом сопротивления, т. е. Mс(ω), и в общем случае описывается уравнением:

 

где — момент трогания механизма;

 — момент сопротивлении при номинальной угловой скорости;

х — показатель степени.

Для вентиляторов показатель степени х =2.

Момент трогания насосов, вентиляторов и дробилки ориентировочно можно принять . Номинальный момент сопротивления определяется, исходя из анализа усилий, возникающих в механизме при его работе, из пункта 4 примем .

 

 

 

Таблица 6.1

	0	40	80	100	120	140	157
Мс	1.4	1.72	2.68	3.4	4.28	5.32	6.32

 

Механическая характеристика электродвигателя (ω) рассчитывается по формуле Клосса:

 

где s – текущее скольжение;

q– параметр.

Критическое скольжение, соответствующее  максимальному вращающему моменту  электродвигателя, может быть принято  по каталожным данным электродвигателя или определено по формуле:

 

 

 

где– коэффициент, равный отношению кратности максимального и кратности пускового моментов:

 

 

 

Номинальное скольжение электродвигателя

 

 

Параметр q может быть определен  по соотношению

 

 

Для построения механической характеристики электродвигателя М(ω) пересчитывается скольжение на угловую скорость ω, в каждой точке по формуле

.

Рис. 10 Совместный график механических характеристик двигателя вентилятора

ω(M) и ω (Mс).

 

Точка пересечения графиков момента двигателяω(M)   и момента сопротивленияω(Mс)является рабочей.

Время пуска двигателя  и время торможения :

 

 

 

Вывод.

Масса лопастей вентилятора мала по сравнению с массой ротора АД, поэтому при запуске(ω = 0) ω(M) и ω (Mс)разнятся.Mс(ω) имеет характер приближенный к прямой за счет конструктивных особенностей вентилятора.

Время пуска и время  торможения двигателя будут  приблизительно равны вследствие малой нагрузки и момента сопротивления.

 

7. Проверка выбранного электродвигателя по тепловому режиму при работе и при пуске

При продолжительном и  повторно–кратковременном режиме работы мощность выбранного двигателя по условиям нагревания можно проверить по соотношению

 

Где

 

где – фиктивная пусковая мощность, Р_п = Р_нi_п, кВт;

 

Как видно из нагрузочной характеристики рис. 9 , весной и осенью вентиляция включается 4 раза в день, но с разной величиной   , летом – более продолжительная вентиляция и пять раз в день, зимой – два раза в день и очень маленькое. В общем случае для вентиляции хранилищ яблок принимают такую схему вентиляции: круглосуточно в начале и конце периода хранения в течение 3-х месяцев, остальное время по 12-14 часов в сутки. Поскольку в настоящее время существует более сложная реализация вентиляции с помощью управления микропроцессором, то последовательность расчета будет более сложная.

Так как время между  остановкой и запуском вентиляционной установки велико ,то производиться расчет будет только по времени работы :

 

В таком случае .

Допустим что весной  с , тогда:

 

 

 

Летом  с.:

 

 

Осенью  с.:

 

Зимой с.:

 

 

Коэффициент тепловой перегрузки в зависимости от времени работы определяется по формуле

,

 

где t_р – время работы, мин;

Т_н – постоянная времени нагрева электродвигателя, мин., предварительно принимается равной 20 мин.

Коэффициент механической перегрузки электродвигателя

 

,

где α – коэффициент  потерь, α = (0,5 – 0,7).

 при  , весной, летом, осенью и зимой будет равен 1.

Постоянная времени Т_н рассчитывается по формуле

 

 

где m – масса выбранного электродвигателя, АИР80А4- 10 кг;

n_н – номинальное превышение температуры обмотки статора электродвигателя. Для класса изоляции B –v_н=80.