|
Дипломная работа: Моделирование нагрева асинхронного двигателяПоэтому известные попытки использования устройств защиты асинхронных двигателей, реализованных с помощью тепловых моделей [9,11,12], по мнению автора, не способны обеспечить срабатывание защиты именно в тот момент времени, когда фактическая температура обмотки достигает значения уставки. В публикациях, посвященных этим устройствам защиты, отсутствует оценка погрешности их срабатывания. Однако для решения задачи выбора двигателя по мощности тепловую модель использовать можно, так как при проектировании электропривода мощность двигателя выбирается с небольшим запасом, который компенсирует погрешность модели. 5. Экономический расчет Затраты на разработку и реализацию лабораторной работы определяются по формуле: , (5.1) где Сосн,зп – основная заработная плата персонала, руб.; Сдоп,зп – дополнительная заработная плата персонала, руб.; Сн,з – налоги на заработную плату, руб.; Спо – затраты на приобретение программного обеспечения, руб.; Свт – затраты на содержание и эксплуатацию вычислительной техники, руб.; Сн – накладные расходы, руб. Основная заработная плата рассчитывается как: , (5.2) где Тразраб – время необходимое для разработки лабораторной работы, ч; З – основная заработная плата персонала за один час, руб./ч. Для разработки лабораторной работы необходимо Тразраб=150 ч. Исполнителем является инженер-программист. Оклад инженера-программиста третьей категории составляет 800 руб. в месяц. При условии, что продолжительность рабочего дня равна 8 ч, а в месяце 22 рабочих дня, основная заработная плата за 1 ч составит: руб./ч. Основная заработная плата инженера-программиста за весь период разработки в соответствии с выражением (5.2) составит: руб. Дополнительная заработная плата рассчитывается в процентах от основной заработной платы и составляет 12%. Дополнительная заработная плата инженера-программиста за весь период разработки составит: руб. Налоги на заработную плату берутся в размере 36,6% от суммы основной и дополнительной заработной платы. Налоги на заработную плату за весь период разработки и реализации лабораторной работы составят: руб. Затраты на приобретение программного обеспечения берутся как стоимость программного обеспечения. Стоимость полного пакета MatLab 6.1, в которой реализуется лабораторная работа, 52500 руб. Следовательно затраты на приобретение программного обеспечения составят: Спо=52500 руб. Затраты на содержание и эксплуатацию вычислительного комплекса определяются следующим образом: , (5.3) где см-ч – стоимость машино-часа, руб./ч. Стоимость машино-часа: , (5.4) где Сэл,эн – стоимость потребляемой в год электроэнергии, руб.; А – амортизация в год, руб.; Срем – затраты на ремонт в год, руб.; Твт – действительный фонд времени работы вычислительной техники, ч. Стоимость потребляемой в год электроэнергии: , (5.5) где р – мощность, потребляемая из сети одной ЭВМ, кВт; Тном – номинальный фонд времени работы ЭВМ в год, ч; сэ – стоимость 1 кВт/ч электрической энергии, руб./(кВт∙ч). Мощность, потребляемая из сети одной ЭВМ, р=0,25 кВт. Стоимость 1 кВт∙ч электрической энергии сэ=1,2 руб./(кВт∙ч). При условии, что продолжительность рабочего дня равна 8 ч, а в месяце 22 рабочих дня, номинальный фонд времени работы ЭВМ равен: Tном=8∙22∙12=2112 ч. За год отчисления на электрическую энергию составят: руб. Амортизация вычислительной техники считается как 25% от ее балансовой стоимости. Стоимость ЭВМ, необходимой для работы – 15000 руб. Амортизация вычислительной техники за год составит: руб. Затраты на ремонт в год считаются как 4% от стоимости ЭВМ и составляют: руб. Действительный фонд времени работы ЭВМ в год рассчитывается как: , (5.6) где Тном – номинальный годовой фонд времени работы ЭВМ, ч; Тпроф – годовые затраты времени на профилактические работы (принимаются 10% от Тном), ч. Действительный фонд времени работы ЭВМ по выражению (5.6): ч. Стоимость машино-часа по выражению (12.4): руб./ч. Затраты на содержание и эксплуатацию ЭВМ по выражению (5.3): руб. Накладные расходы рассчитываются как 30% от основной заработной платы и составляют: руб. Смета затрат на разработку и реализацию лабораторной работы приведена в таблице 5.1. Таблица 5.1 – Смета затрат на разработку и реализацию лабораторной работы
Заключение В процессе дипломирования была решена задача определения параметров тепловой модели асинхронного двигателя. В основе последней лежит представление двигателя двумя коаксиальными цилиндрами. Внешний цилиндр представляет сталь сердечника статора, внутренний – медь обмоток статора. Процессы нагрева и охлаждения в двигателе в этом случае описываются системой дифференциальных уравнений второго порядка. Коэффициенты теплоотдачи входящие в эту систему были определены путем преобразования эквивалентной тепловой схемы асинхронного двигателя закрытого исполнения, содержащей шесть узлов, в схему с двумя узлами. Преобразование тепловой схемы выполнялось для стационарного режима, так как коэффициенты теплоотдачи в переходном и стационарном режимах одинаковы. Полученные результаты используются в компьютерной лабораторной работе «Моделирование нагрева асинхронного двигателя в различных режимах работы». Лабораторная работа выполнена в программной среде MatLab 6.1, и в ее приложении Simulink 4. Данная работа позволяет моделировать процессы нагрева и охлаждения асинхронного двигателя практически в любых режимах его работы. Изначально для моделирования предлагаются три основных режима работы асинхронного двигателя – S1, S2, S3, но так же имеется возможность задания произвольного режима работы средствами приложения Simulink. Список использованных источников 1. Алекссев А.Е. Конструкция электрических машин. – М.: ГЭИ, 1949. – 562 с. 2. Борисенко А.И., Костиков А.И., Яковлев А.И. Охлаждение промышленных электрических машин. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 296 с. 3. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергоатомиздат, 1981. – 346 с. 4. Сипайлов Г.А., Санников Д.И., Жадан В.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах. – М.: Высш. шк., 1989. – 239 с. 5. Филиппов И.Ф. Теплообмен в электрических машинах. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 256 с. 6. Ковалев В.З. Моделирование электротехнических комплексов и систем как совокупности взаимодействующих подсистем различной физической природы: Дисс. д-ра техн. наук: 05.09.03/ОмГТУ. – Омск, 2000. – 338 с. 7. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 560 с. 8. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов. – М.: Машиностроение, 1990. – 238 с. 9. Беспалов В.Я., Мощинский Ю.А., Цуканов В.И. Упрощенная математическая модель нестационарного нагрева и охлаждения обмотки статора асинхронного двигателя. // Электричество. – 2003. – №4. – С. 20–26. 10. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.0. – СПб.: Корона принт, 2001. – 320 с. 11. Синчук О.Н., Чумак В.В., Михайлов С.Л. Тепловая модель кранового АД для диагностирования и настройки цифровой защиты от перегрузок. // Электротехника. – 2003. – №3. – С. 61–65. 12. Бугаев Г.А., Леонтьев А.Н., Ерохин Е.Ю., Павлова Д.А. Математические модели нагрева и охлаждения асинхронных двигателей для микропроцессорного реле тепловой защиты. // Электротехника. – 2001. – №2. – С. 31–36. 13. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. – М.: Высш. шк., 1984. – 431 с. 14. Копылов И.П. Электрические машины. – М.: Высш. шк., 2000. – 607 с. 15. Домбровский В.В., Зайчик В.М. Асинхронные машины: Теория, расчет, элементы проектирования. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 368 с. 16. Дьяконов В.П. MatLab 6/6.1/6.5+Simulink 4/5. Основы применения. Полное руководство пользователя. – М.: СОЛОН-Пресс, 2002. – 768 с. 17. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/А.Э. Кравчик и др. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 504 с. Приложение А Текст m-файла, рассчитывающего параметры тепловой модели %–1. Исходные данные–% % Основные параметры P2=11000;%Номинальная мощность на валу двигателя KPD=[eps 0.8 0.87 0.88 0.88 0.87];%Коэффициент полезного действия cosf=[eps 0.65 0.82 0.87 0.9 0.9];%Коэффициент мощности U1_lin=380;%Номинальное линейное напряжение n1=3000;%Синхронная частота вращения m=3;%Количество фаз статора h=132;%Высота оси вращения, мм p=1;%Число пар полюсов % Параметры станины Dc=0.245;%Диаметр станины у основания ребер l_svp=0.15;%Длина свисающей части станины со стороны привода l_svv=0.15;% Длина свисающей части станины со стороны вентилятора d_dsh=0;%Зазор между диффузором и щитом в месте крепления Z_rs=12;%Количество ребер станины h_rs=23*10^(-3);%Высота ребра станины d_rs=0.002;%Толщина ребра станины % Параметры вентилятора D_v=0.214;%Внешний диаметр вентилятора % Параметры статора Da=0.225;%Внешний диаметр сердечника D=0.13;%Внутренний диаметр сердечника l_p=0.13;%Длина паза Z1=24;%Число пазов статора kc=0.97;%Коэффициент шихтовки %Параметры паза статора b1=0.0134;%Ширина паза статора у основания b2=0.0102;%Ширина паза статора в вершине h_p=0.0165;%Высота паза k_zp=0.75;% Коэффициент заполнения паза h_sh=0.0009;%Высота шлица b_sh=0.004;%Ширина шлица b_z=0.00656;%Ширина зубца h_z=0.0165;%Высота зубца %Параметры ротора D_rot=0.129;%Внешний диаметр ротора Z2=19;%Число пазов ротора b_k=0.025;%Ширина короткозамыкающего кольца a_k=0.023;%Высота короткозамыкающего кольца b_l=0.041;%Ширина лопатки ротора a_l=0.022;%Высота лопатки ротора n_l=12;%Количество лопаток ротора KPD_lr=0.6;%Коэффициент качества лопатки, рассматриваемой как ребро d=0.6*10^(-3);%Толщина воздушного зазора между ротором и статором %Параметры паза ротора b1_rot=10.8*10^(-3);%Ширина паза ротора в вершине b2_rot=7.1*10^(-3);%Ширина паза ротора у основания h_p_rot=20.2*10^(-3);%Высота паза ротора % Параметры обмотки статора w_1=84;%Число витков в фазе обмотки a=1;%Число параллельных ветвей в фазе обмотки статора n=3;%Число элементарных проводников в эффективном l_sr=0.772;%Средняя длина витка обмотки статора l_lob=0.256;%Развернутая длина лобовой части с одной стороны l_lobv=0.07;%Длина вылета лобовой части d_i=1.28;%Диаметр изолированного элементарного проводника обмотки k_p=0.9;%Коэффициент пропитки обмотки статора k_obm=0.958;%Обмоточный коэффициент обмотки статора d_okr=0;%Толщина окраски обмотки в лобовой части T_sr=100;%Средняя температура обмотки, град % Параметры изоляции d_ip=0.25*10^(-3);%Толщина пазовой изоляции % Коэффициенты, характеризующие физические свойства материалов v=15.8*10^(-6);%Кинематическая вязкость воздуха lam_v=0.03;%Коэффициент теплопроводности воздуха lam_m=384;%Коэффициент теплопроводности меди lam_a=189;%Коэффициент теплопроводности алюминия клетки lam_st=47;% Коэффициент теплопроводности материала станины lam_s=34;% Коэффициент теплопроводности стали пакета статора lam_p=0.28;% Коэффициент теплопроводности пропиточного состава lam_i=0.26;% Коэффициент теплопроводности изоляции проводов lam_okr=0.2;%Коэффициент теплопроводности окраски обмотки в лобовой части lam_p_iz=0.41;% Коэффициент теплопроводности пазовой изоляции gamma_m=8.89*(10^3);%Плотность меди обмотки статора gamma_st=7.65*(10^3);%Плотность стали пакета статора c_m=386;%Удельная теплоемкость меди обмотки статора c_st=500;%Удельная теплоемкость стали пакета статора r_m=(1/57)*(10^(-6));%Удельное сопротивление меди обмотки статора r_al=(1/22)*(10^(-6));%Удельное сопротивление алюминия клетки ротора %–2. Промежуточные вычисления–% %Окружная скорость ротора u=(pi*n1*D_rot)/60; % Окружная скорость вентилятора u_vent=(pi*n1*D_v)/60; %Эффективная (по меди) ширина паза b_p_ef=((b1+b2)/2) – 2*d_ip; %Эффективная (по меди) высота паза h_p_ef=h_p-2*d_ip-h_sh – ((b2-b_sh)/2); %Средняя ширина паза b_p=(b1+b2)/2; %Внутренний диаметр лобовой части D_l_vt=D+h_sh+d_ip+(b2-b_sh)/2; %Внешний диаметр лобовой части D_l_vsh=D_l_vt+1.4*h_p_ef; %Диаметр окружности касательной к дну пазов D_dp=D+2*h_p; %Эквивалентный коэффициент теплопроводности обмотки lam_ekv=exp (-4*k_zp)*(4.65*(k_zp^1.5) – 0.7053)*(1+0.81*(d_i^2)-… 0.32*d_i*(1–9.2*k_p+5.2*(k_p^2)))*… (1+(0.0428*k_zp0.0253)*T_sr)*((lam_p/0.162)^0.33)*((lam_i/0.143)^0.25); %Эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушных прослоек в пазу lam_v_ekv=2*lam_v*lam_p*(lam_p*k_p+lam_v*(1 – k_p))/(lam_v*lam_p+… (lam_p*k_p+lam_v*(1-k_p))*(lam_v*k_p+lam_p*(1-k_p))); %Термическое сопротивление зубца R_z=h_z/(3*lam_s*b_z*l_p*Z1*kc); %Площадь меди в пазу статора F_m=(3*a*w_1*pi*(d_i^2)/(2*Z1))*10^(-6); %Площадь алюминия в пазу ротора F_a=(pi/8)*((b1_rot^2)+(b2_rot^2))+(h_p_rot/2)*(b1_rot+b2_rot); %Выбор толщины воздушных прослоек if 50<=h<=132 d_vp=0.05*(10^(-3)); elseif 160<=h<=250 d_vp=0.1*(10^(-3)); else d_vp=0.15*(10^(-3)); end %–3. Расчет тепловых сопротивлений–% %–3.1 Сопротивление аксиальное меди статора–% R_a=(l_p+l_lob)/(12*lam_m*F_m*Z1); disp ('Сопротивление аксиальное меди статора'); disp (R_a); %–3.2 Сопротивление между внутренним воздухом и корпусом–% %Площадь внутренней поверхности свесов станины F_st_pr=(Da*pi*l_svp)/2; F_st_v=(Da*pi*l_svv)/2; %Площадь поверхности подшипникового щита F_sch=(Da^2)*pi/4; %Коэффициент теплопередачи внутренней поверхности свесов станины RE_s=(u*Da)/(2*v); if h<160 NU_s=43.78*(RE_s^0.17)*((Da-D_l_vsh)/D)^0.25; else if d_dsh==0 NU_s=11.64*(RE_s^0.395); else NU_s=3*(RE_s^0.495)/ln (1.3*D/(Da-D)); end end a_s=NU_s*lam_v/Da; %Сопротивление между внутренним воздухом и открытыми частями станины R_st_pr=1/(F_st_pr*a_s); R_st_v=1/(F_st_v*a_s); %Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности подшипникового щита RE_sch=u*(Da+D)/(4*v); if h<160 NU_sch=8.34*(RE_sch^0.26)*((Da-D)/D)^(-0.5); else if d_dsh==0 NU_shs=5.12*(RE_sch^0.48)*(2*Da/(Da+D))^(-0.52); else NU_sch=1.01*(RE_sch^0.63)*ln (D/(5.25*d_dsh))*(2*Da/(Da+D))^(-0.52); end end a_sch=(2*NU_sch*lam_v)/(Da+D); %Сопротивление между внутренним воздухом и подшипниковым щитом R_sch=1/(F_sch*a_sch); %Сопротивление между внутренним воздухом и корпусом R_vk=1/((1/R_st_pr)+(1/R_st_v)+(2/R_sch)); disp ('Сопротивление между внутренним воздухом и корпусом'); disp (R_vk); %–3.3 Сопротивление между внешним воздухом и корпусом–% %Расходная скорость на входе в каналы w_vh=0.45*u_vent; %Эффективная скорость w_ef=sqrt((w_vh^2)+0.25*(u_vent^2)); %Шаг ребер t_r=2*Dc*pi/(2*Z_rs); %Гидравлический диаметр межреберного канала d_g=4*h_rs*t_r/(2*h_rs+t_r); %Коэффициент теплопроводности на входе в канал RE_ef=w_ef*d_g/v; NU_vh=0.627*(RE_ef^0.52); a_vh=NU_vh*lam_v/d_g; %Коэффициент уменьшения КТО gamma=0.055*(1-tanh (0.062*((Dc/d_g) – 12.5))); %Коэффициент теплоотдачи станины над пакетом a_sp=a_vh*d_g*(1-exp (-gamma*l_p/d_g))/(gamma*l_p); %Коэффициент теплоотдачи свисающей части станины со стороны привода a_spr=a_vh*d_g*(1-exp (-gamma*l_svp/d_g))/(gamma*l_svp); %Коэффициент теплоотдачи свисающей части станины со стороны вентилятора a_sv=a_vh*d_g*(1-exp (-gamma*l_svv/d_g))/(gamma*l_svv); %Коэффициент качества ребер станины mh=h_rs*sqrt (2*a_sp/(d_rs*lam_st)); KPD_r=tanh(mh)/mh; %Сопротивление между станиной над пакетом и внешним воздухом R7=1/(a_sp*l_p*(pi*Dc-Z_rs*d_rs+2*h_rs*Z_rs*KPD_r)); %Сопротивление между свисающей частью станины со стороны привода и внешним воздухом R6=1/(a_spr*l_svp*(pi*Dc-Z_rs*d_rs+2*h_rs*Z_rs*KPD_r)); %Сопротивление между свисающей частью станины со стороны вентилятора и внешним воздухом R8=1/(a_sv*l_svv*(pi*Dc-Z_rs*d_rs+2*h_rs*Z_rs*KPD_r)); %Коэффициент теплоотдачи внешней поверхности подшипникового щита со стороны привода a_sch_pr=20+1.6*(u_vent^0.7); %Коэффициент теплоотдачи внешней поверхности подшипникового щита со стороны вентилятора if h<160 a_sch_v=20+8.2*(u_vent^0.8); else a_sch_v=20+9.4*(u_vent^0.6); end; %Площадь поверхности подшипникового щита F_sch=(Da^2)*pi/4; %Сопротивление подшипникового щита со стороны привода R26=1/(a_sch_pr*F_sch); %Сопротивление подшипникового щита со стороны вентилятора R11=1/(a_sch_v*F_sch); %Сопротивление между внешним воздухом и корпусом R_k=1/((1/R6)+(1/R7)+(1/R8)+(1/R11)+(1/R26)); disp ('Сопротивление между внешним воздухом и корпусом'); disp (R_k); %–3.4 Сопротивление между медью статора и внутренним воздухом–% %Продуваемая длина лобовой части обмотки с одной стороны l_lobp=l_lobv-1.4*b_p; %Коэффициенты теплоотдачи лобовых частей обмоток статора RE_vsh=u*D_l_vsh/(2*v); RE_vt=u*D_l_vt/(2*v); NU_vsh=0.103*(RE_vsh^0.67); NU_vt=0.456*(RE_vt^0.6); a_l_vsh=NU_vsh*lam_v/D_l_vsh; a_l_vt=NU_vt*lam_v/D_l_vt; %Сопротивление внешней продуваемой лобовой части обмотки R1_l_vsh=(0.104*b_p*h_p_ef/(lam_ekv*l_lobp*Z1*((b_p^2)+0.25*… (h_p_ef^2))))+(0.75*((d_okr/lam_okr)+(1/a_l_vsh))/(l_lobp*Z1*(b_p+… 0.5*h_p_ef))); %Сопротивление внешней непродуваемой лобовой части обмотки R2_l_vsh=((h_p_ef/(3*lam_ekv))+(d_okr/lam_okr)+(1/a_l_vsh))/… (pi*D_l_vsh*(l_lobv-l_lobp)); %Сопротивление внутренней продуваемой лобовой части обмотки R1_l_vt=(0.104*b_p*h_p_ef/(lam_ekv*l_lobp*Z1*((b_p^2)+0.25*… (h_p_ef^2))))+(0.75*((d_okr/lam_okr)+(1/a_l_vt))/(l_lobp*Z1*(b_p+… 0.5*h_p_ef))); %Сопротивление внутренней непродуваемой лобовой части обмотки R2_l_vt=((h_p_ef/(3*lam_ekv))+(d_okr/lam_okr)+(1/a_l_vt))/… (pi*D_l_vt*(l_lobv-l_lobp)); %Сопротивление между медью и внутренним воздухом R_m_v=1/((1/R1_l_vsh)+(1/R2_l_vsh)+(1/R1_l_vt)+(1/R2_l_vt)); disp ('Сопротивление между медью статора и внутренним воздухом'); disp (R_m_v); %–3.5 Сопротивление между медью и сердечником статора–% %Сопротивление отводу теплоты через дно паза R20=((h_p_ef/(3*lam_ekv))+(d_ip/lam_p_iz)+(d_vp/lam_v_ekv))/… (b_p_ef*l_p*Z1); %Внутреннее сопротивление обмотки R_vn=b_p_ef/(12*lam_ekv*h_p_ef*l_p*Z1); %Сопротивление пазовой изоляции R_ip=(d_ip/lam_p_iz)/(2*h_p_ef*l_p*Z1); %Сопротивление воздушных прослоек R_vp=d_vp/(2*lam_v_ekv*h_p_ef*l_p*Z1); %Сопротивление между пазовой частью обмотки и зубцами R17=R_vn+R_ip+R_vp; %Сопротивление, учитывающее разное сопротивление спинки серднчника собственному и внешнему тепловым потокам |
НОВОСТИ |
ВХОД |
|
Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое. |
||
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна. |