Введение.
Электропривод - электромеханическая система представляющая собой совокупность электрических и механических устройств, и предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую, используемую для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины.
Электропривод состоит из: электродвигателя, муфты, и механической части (редуктор, ременная передача, вариатор ).
Из числа различных видов современных электрических машин самой распространенной в наши дни является асинхронная бесколлекторная машина, применяемая обычно в качестве двигателя. Асинхронная машина - это машина, в которой при работе возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т. е. с угловой, отличной от угловой скорости поля. Она была изобретена -Добровольским в 1888 г., но до настоящего времени сохранила в основном ту простую форму, которую ей придал талантливый русский изобретатель. Причины исключительно широкого распространения асинхронного двигателя (а вместе с ним и трехфазной системы - его простота и дешевизна). Можно сказать, что в основном асинхронная машина состоит из трех неподвижных катушек (точнее, обмоток), размещенных на общем сердечнике, и помещенной между ними четвертой вращающейся катушки. В машине отсутствуют какие-либо легко повреждающиеся или быстро изнашивающиеся электрические части (например, коллектор).
Асинхронные машины малой мощности часто выполняются однофазными, что позволяет использовать их в устройствах, питающихся от двухпроводной сети. Такие машины находят широкое применение в бытовой технике.
В данной курсовой работе приведены расчеты для выбора электродвигательного устройства, проводов, аппаратов управления и
защиты, и расчет мощности компенсирующего устройства, а также выбор электрической схемы управления и краткое описание её работы.
Таблица 1
№ | График нагрузки | Частота вращения | Схема управления | Пуск | Провода | ||||||||||
t1 | M1 | t2 | M2 | t3 | M3 | t4 | M4 | t5 | M5 | Ма те риал | Способ Прок ладки | ||||
с | Нм | с | Нм | с | Нм | с | Нм | с | Нм | ||||||
8 | 8 | 20 | 3 | 60 | 15 | 9 | 4 | 50 | 12 | 95 | 3000 | 4 | Л | М | Т |
Примечание:
Л - Легкий пуск двигателя, без нагрузки на валу;
А - Медный провод ;
Т - Прокладка провода в трубе.
1.Выбор электродвигателя
Одним из главных элементов электропривода, определяющим в значительной степени его технические и экономические показатели, является электродвигательное устройство (ЭДУ), состоящее из одного или нескольких двигателей.
Для обеспечения высокой производительности, надежности и точности работы производственных механизмов необходимо правильно рассчитать мощность электродвигателя.
Применение электродвигателей недостаточной мощности может вызвать нарушение нормальной работы механизма, понижение его производительности, аварию и выход из строя электродвигателя. Использование электродвигателя завышенной мощности приводит к неоправданному увеличению капитальных затрат, снижению экономических показателей электропривода, уменьшению КПД и ухудшению коэффициента мощности двигателя.
Выбор мощности электродвигателя зависти от характера изменения статической нагрузки на его валу, заданной в данной работе графиком нагрузки.
1.1 Предварительный выбор
Одним из критериев правильности выбора двигателя является его нагрев. Максимально допустимая температура нагрева обмоток зависит от материала изоляции провода.
Если температура нагрева обмоток (провода) постоянно превышает допустимые значения, происходит ускоренное старение изоляции, выражающееся в снижении ее электрической и механической прочности. Возникающие при этом межвитковые и межфазные замыкания приводят к аварии двигателя.
Допустимая по условию нагрева механическая мощность, которой может быть нагружен двигатель, называется номинальной мощностью.
Для механизмов с постоянным моментом сопротивления нагрузки и продолжительным режимом работы мощность двигателя (кВт) вычисляется по формуле:
,(1)
где 
- приведенный к валу двигателя момент сопротивления на грузки, Нм
- угловая скорость вращения ротора, с-1.
В данной курсовой работе для предварительного выбора электродвигателя вначале строим нагрузочную диаграмму М(t) (рис. 1) в соответствии с таблицей 1 в абсолютных физических величинах для своего варианта [1, приложение 1].
Рисунок 1. График нагрузки рабочего механизма
Затем по нагрузочной диаграмме М(t) находим действительное значение продолжительности включения по формуле (2):
(2)
где ПВ - действительное значение продолжительности включения, % ;
-время работы привода ;
-время усреднения.
где 
-время паузы, 
ПВ>70%, следовательно, режим S1 - длительный с изменяющейся нагрузкой
Исходя из режима работы электропривода, по методу эквивалентного момента, определяем МЭ по формуле (3):
(3)
где М1 , М2 , М3 , М4 , М5 и t1 , t2 , t3 , t4 , t5 - соответственно моменты и время нагружения рабочего механизма (рис. 1).
По формуле (4) вычисляем эквивалентную мощность:
.(4)
где МЭ - эквивалентный момент, Нм; 
- угловая скорость вращения ротора, с -1
Поскольку скольжение асинхронного двигателя в режиме с длительном с изменяющейся нагрузкой составляет не более 3…5%, можно принять:
где 
-угловая скорость вращения ротора, 
.
следовательно, при n=n1:
где n1 - синхронная частота вращения ротора и магнитного поля.
Из [прил. 2 (табл. П. 2.1)] производим предварительный выбор трёхфазного асинхронного электродвигателя единой серии 4A160М2У3 с номинальной установленной мощностью 
, синхронной частотой вращения 
и 
. Двигатель:4A160М2У3, который имеет номинальные параметры:
номинальная мощность 
номинальный КПД 
номинальный коэффициент мощности 
номинальное скольжение 
критическое скольжение
относительный критический момент
относительный пусковой момент 
относительный пусковой ток 
1.2 Проверка двигателя на перегрузочную способность
Механическая перегрузка (перегрузочная способность) определяет способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки. Необходимость проверки вызвана тем, что перегрузочная способность двигателя ограничена его критическим моментом 
. Если в графике нагрузки имеются пики с
, возможна остановка двигателя.
Вычислим номинальный и критический моменты двигателя:
где 
-номинальная мощность двигателя, кВт
Проверку на перегрузочную способность следует производить с учетом возможного снижения питающего напряжения на 10% от номинального значения, т. е. при
.
Поскольку момент, развиваемый асинхронным двигателем, пропорционален квадрату напряжения, результат проверки положителен, если выполняется условие
где 
- критический момент, развиваемый двигателем при номинальном напряжении; 
- максимальное (пиковое) значение момента сопротивления (из графика нагрузки).
Выбранный двигатель соответствует условию.
1.3 Построение механической характеристики двигателя
Механической характеристикой асинхронного электродвигателя называют зависимости М=F1(S), n=F2(M) (рис.2.).
Устойчивая ветвь 
механической характеристики достаточно точно описывается уравнениями:
,
,
где п - частота вращения ротора двигателя при различных нагрузках.
Неустойчивую ветвь строят предположительно (штриховой линией) между значениями 
и 
, где 
пусковой момент.
Таблица 2
Результаты расчета механической характеристики асинхронного электродвигателя
n1 | MК | S | n2 | SКЭ | M |
3000 | 128,76 | 0,0000001 | 3000 | 0,125 | 0,000206 |
3000 | 128,76 | 0,01 | 2970 | 0,125 | 20,47059 |
3000 | 128,76 | 0,021 | 2937 | 0,125 | 42,07581 |
3000 | 128,76 | 0,05 | 2850 | 0,125 | 88,8 |
3000 | 128,76 | 0,1 | 2700 | 0,125 | 125,6195 |
3000 | 128,76 | 0,125 | 2625 | 0,125 | 128,76 |
3000 | 128,76 | 0,2 | 2400 | 0,125 | 115,7393 |
3000 | 128,76 | 0,3 | 2100 | 0,125 | 91,42722 |
3000 | 128,76 | 0,4 | 1800 | 0,125 | 73,3153 |
3000 | 128,76 | 0,5 | 1500 | 0,125 | 60,59294 |
3000 | 128,76 | 0,6 | 1200 | 0,125 | 51,4183 |
3000 | 128,76 | 0,7 | 900 | 0,125 | 44,56465 |
3000 | 128,76 | 0,8 | 600 | 0,125 | 39,27855 |
3000 | 128,76 | 0,9 | 300 | 0,125 | 35,08978 |
3000 | 128,76 | 1 | 0 | 0,125 | 31,69477 |
Рис. 2. Механическая характеристика асинхронного двигателя М=F1(s)
Рис. 3. Механическая характеристика асинхронного двигателя n=F2(M)
2. Выбор проводов
Основным фактором, влияющим на величину выбираемого сечения проводов в сетях до 1000 В, является допустимый нагрев проводника при длительном протекании расчетного тока 
. При этом необходимо учитывать температурные условия окружающей среды и характер помещения.
Из условия 
и условия, что провода проложены открыто выбираем сечение жилы провода из 
табл. 2.3. 
Выбираем марку провода из [1 табл. 2.2,] зная, что электродвигательное устройство размещено в сухом помещении:
марка провода ПВ; рабочее напряжение 380 В.Запишем выбранные провода по форме
ПВ 3 (1*10),
где ПВ - марка провода (одножильный медный провод с поливинилхлоридной изоляцией); 3- количество проводов; 10
- сечение жилы,; 1- количество жил.
3. Выбор аппаратов управления и защиты
Для управления асинхронными электродвигателями, а также для защиты их от длительных перегрузок служат магнитные пускатели.
Магнитный пускатель состоит из одного или двух контакторов и встроенных в две фазы тепловых реле. В первом случае магнитный пускатель называется нереверсивным, во втором - реверсивным. Магнитный пускатель должен быть выбран так, чтобы его части при нормальной работе не перегревались.
Тепловые реле служат для защиты электродвигателя от перегрузок, которые при длительном воздействии могут привести к разрушению изоляции обмоток двигателя вследствие перегрева.
Все элементы электрической сети (провода, эл. двигатели) должны быть защищены от токов короткого замыкания (КЗ). Поврежденный участок должен быть отключен мгновенно, чтобы не повредить другие участки.
Аппаратами защиты от режима короткого замыкания в сетях до 1000В обычно служат предохранители с набором плавких вставок и автоматические выключатели с электромагнитными, полупроводниковыми и комбинированными расцепителями.
Выбор магнитного пускателя.По мощности двигателя и номинальному напряжению с учетом схемы управления выбираем тип магнитного пускателя из 
табл. П. 2.4 по условию
при 
; допустимая частота включений в час =600; максимально допустимая мощность 
при напряжении 
. Защиту от минимального напряжения в пускателе выполняет катушка, которая рассчитана на напряжение срабатывания 
По условию
,
где 
-ток перегрузки, с учетом выбранного пускателя подбираем тип и номинальный ток теплового реле из [ табл. П. 2.5 ]
. Условие выполняется, тепловое реле выбрано правильно.
Выбор предохранителя.По формуле 
определим пусковой ток двигателя
Из 
табл. П.2.6 выбираем ближайшую стандартную плавкую вставку по условию
,
где 
-коэффициент кратковременной перегрузки плавкой вставки, зависит от длительности пуска., 
- т. к. пуск при номинальной нагрузке (тяжелый пуск).
и тип предохранителя по условию 
:
Трубчатый предохранитель с закрытым патроном ПР-2, насыпной разборный (без наполнителя).
1)ток плавкой вставки 
;
2)род тока – переменный и постоянный.
3)ток плавкой вставки Iпв ном =100 А;
4)ток патрона 
;
Расчет мощности компенсирующего устройства
Электрический двигатель в приводе при технической эксплуатации должен быть загружен номинально. Но даже в этом случае его коэффициент мощности 
ниже заданного энергоснабжающей организацией нормирующего значения 
.
Двигатель переменного тока потребляет реактивную индуктивную мощность и поэтому создает условия для применения конденсатора в качестве компенсирующего устройства.
Реактивная мощность которую необходимо компенсировать (квар),
,
где 
-сдвиг фаз напряжения и тока двигателя в номинальном режиме; 
-заданное энергоснабжающей организацией значение при 
.
Емкость одной фазы конденсаторной установки в мкФ
,
где U - напряжение на фазе конденсаторов, В; 
- угловая частота питающей сети, 1/с.
На схеме управления двигателем (рис. 1) компенсирующее устройство в виде конденсаторов соединенных в треугольник.
5.Выбор электросхемы
Рис. П.3.4.Схема управления с динамическим торможением
Схема состоит:
Q - рубильник;
К1- контактор магнитного пускателя, его контакты:
К1.1чК1.3- главные, замыкающие;
К1.4,К1.5- вспомогательные, замыкающие;
К2–контактор торможения с главным и замыкающим и контактам и К2.1-К2.2;
Т – понижающий трансформатор
V – полупроводниковый выпрямитель, состоит из 4 диодов VD, собранных в мостовую схему;
К2 - реле динамического торможения с контактом с выдержкой времени К5.1;
F1чF3-предохранители.
К3,К4- тепловые реле для защиты двигателя от длительных перегрузок;
К3.1,К4.3- контакты тепловых реле;
S1- кнопка «пуск»;
S2- кнопка «стоп».
М - трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором.
Пуск двигателя. При включенном рубильнике Qнажатием кнопкиS1 замыкается цепь катушки контактора К1. Контактор К1 включается и своими замыкающими главными контактами К1.1-К1.3 подключат двигатель М к сети. Одновременно замыкающим блок-контактном К1.4 шунтируется кнопка S1.
Остановка двигателя. Для этого необходимо разомкнуть цепь питания катушки контактора К1, для чего в схему вводится кнопка S2 с размыкающим контактом. При нажатии кнопки S2 контактор К1 отключается, контакты К1.1-К1.3 размыкается и двигатель М останавливается.
Защита двигателя. В схеме предусмотрена защита двигателя от режимов перегрузки и короткого замыкания.
Для защиты от режима перегрузки в магнитный пускатель встроена два пусковых реле, нагревательные элементы которых К2 и К3 соединены последовательно с фазами обмоток статора двигателя. При длительных перегрузках нагревательный элемент К2 (или К3) в цепи катушки контактора К1. Это приводит к размыканию главных контактов К1.1-К!.3 и останове двигателя.
Для защиты от режима короткого замыкания в линейные провода включены предохранители F1-F3.
6.Защитное заземление двигателя
Работа электрических приборов всегда связана с таким опасным для человека явлением, как напряжение. Выход из строя оборудования часто сопровождается короткими замыканиями, либо возникновением перегрузок.
Электрический ток, в результате неисправности оборудования, может проходить через непредназначенную для этого часть. От прикосновения к корпусу оборудования под напряжением человек получает удар электрическим током. Последствия могут нанести вред здоровью и поставить угрозу для жизни человека.
Для защиты электроустановок от поломок, а человека от опасного воздействия электрического тока применяют заземление. Заземление электроустановок осуществляется за счет электрического соединения с землей или иными элементами металлических частей, не предназначенных для проведения тока.
Заземление оборудования может быть двух видов:
Список использованной литературы
, . Электротехника и электроника. Расчет мощности и выбор типа электрического двигателя для привода рабочего механизма: методические указания к выполнению контрольной работы. – Братск: - Братск: Изд-во БрГУ, 2013.-46с. Касаткина, электротехники. / . – М.: Высшая школа, 2005.-542 с. Электрооборудование в строительстве - М.: Высшая школа. 1986.- 175 с.
