Элементы проектирования электроприводов. Привет студент Нажатием кнопки пуск привод включается, далее привод работает в автоматическом режиме, для постоянного контроля работы привода оператор не требуется

Электроэнергетический факультет

Кафедра автоматизированного электропривода и электромеханики

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Теория электропривода»

Расчет электропривода грузового лифта

Пояснительная записка

Введение…………………………………………………………...………………

1 Расчет электропривода грузового лифта………………………………………

1.1 Кинематическая схема рабочей машины, ее описание и технические данные………………………………………………………………………………...…

1.2 Расчет статических моментов…………………………………………...……

1.3 Расчет нагрузочной диаграммы………………………………………………

1.4 Предварительный расчет мощности электродвигателя и его выбор………

1.5 Расчет приведенных статических моментов……………………………...…

1.6 Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя……………………

1.7 Предварительная проверка электропривода по нагреву и производительности…………………………………………………………………….

1.8 Выбор системы электропривода и его структурная схема…………………

1.9 Расчет и построение естественных механической и электромеханической характеристик выбранного двигателя…………………………………………………

1.9.1 Расчет и построение естественных характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения…………………………………..……

1.10 Расчет и построение искусственных характеристик………………………

1.10.1 Расчет и построение пусковой диаграммы двигателя с линейной механической характеристики графическим способом……………………….……..

1.10.2 Построение тормозных характеристик……………………………...……

1.11 Расчет переходных режимов электропривода……………………………..

1.11.1 Расчет механических переходных процессов электропривода при абсолютно жестких механических связях………………………………………

1.11.2 Расчет механического переходного процесса электропривода при наличии упругой механической связи……………………………………………...…

1.11.3 Расчет электромеханического переходного процесса электропривода при абсолютно жестких механических связях……………………………………..…

1.12 Расчет и построение уточненной нагрузочной диаграммы двигателя

1.13 Проверка электропривода на заданную производительность, по нагреву и перегрузочной способности электродвигателя…………………………………..…

1.14 Принципиальная схема электрической части электропривода

Заключение ………………………………………………………………..………

Список литературы……………………………………………………………..…

Введение

Способ получения энергии, необходимой для выполнения механической работы в производственных процессах, на всех этапах истории человеческого общества оказывал на развитие производительных сил решающее влияние. Создание новых, более совершенных двигателей, переход к новым видам приводов рабочих машин явились крупными историческими вехами на пути развития машинного производства. Замена двигателей, реализующих энергию падающей вод, паровой машины, послужила мощным толчком к развитию производства в прошлом веке – веке пара. Наш 20 в. Получил название века электричества в первую очередь потому, что основным источником механической энергии стал более совершенный электрический двигатель и основным видом привода рабочих машин является электрический привод.

Индивидуальный автоматизированный электропривод в настоящее время получил широкое применение во всех сферах жизни и деятельности общества – от сферы промышленного производства до сферы быта. Благодаря рассмотренным выше особенностям совершенствование технических показателей электроприводов во всех областях применения является основой технического прогресса.

Широта применения определяет исключительно большой диапазон мощностей электроприводов (от долей ватта до десятков тысяч киловатт) и значительное разнообразие из исполнения. Уникальные по производительности промышленные установки – прокатные станы в металлургической промышленности, шахтные подъемные машины и экскаваторы в горнодобывающей промышленности, мощные строительные и монтажные краны, протяженные высокоскоростные конвейерные установки, мощные металлорежущие станки и многие другие – оборудуются электрическими приводами, мощность которых составляет сотни и тысячи киловатт. Преобразовательные устройства таких электроприводов представляет собой генераторы постоянного тока, тиристорные и транзисторные преобразователи с выходом на постоянном токе, тиристорные преобразователи частоты соответствующей мощности. Они обеспечивают широкие возможности регулирования потока электрической энергии, поступающей в двигатель, в целях управления движением электропривода и технологическим процессом приводимого в движение механизма. Их управляющие устройства, как правило, построены на основе использования микроэлектроники и во многих случаях включают в себя управляющие вычислительные машины.

1 Расчет электропривода грузового лифта

1.1 Кинематическая схема рабочей машины, ее описание и технические данные

1 – электродвигатель,

2 – тормозной шкив,

3 –редуктор,

4 – канатоведущий шкив,

5 – противовес,

6 – грузовая клеть,

7 – нижняя площадка,

8 – верхняя площадка.

Рисунок 1 – Кинематическая схема лифта

Грузовой лифт осуществляет подъем груза, помещенного в грузовую клеть, с нижней площадки на верхнюю. Вниз клеть опускается пустая.

В цикл работы грузового лифта входит время загрузки, время подъема клети со скоростью V р, время разгрузки и время спуска клети со скоростью V в> V р

Таблица 1 – Исходные данные

По заданию необходимо при расчете механизма брать двигатель постоянного тока с независимым возбуждением.

1.2 Расчет статических моментов

Момент статического сопротивления грузового лифта складывается из момента силы тяжести и момента сил трения в подшипниках канатоведущего шкива и трения грузовой клети и противовеса в направляющих шахты.

Момент силы тяжести определяется по формуле:

где D – диаметр канатоведущего шкива, м;

m рез – результирующая масса, которая поднимается или спускается электроприводом лифта, кг.

Результирующая масса определяется соотношение масс груза, клети и противовеса и может быть рассчитана по формуле:

m рез = m k + m г - m n =1500+750-1800=450 кг

Момент силы трения в подшипниках канатоведущего шкива можно определить по выражению:

Момент силы трения грузовой клети и противовеса в направляющих шахты математически точно определить практически невозможно, так как величина этого сопротивления зависит от многих факторов, не поддающихся учету. Поэтому величина момента сил трения клети и противовеса в направляющих учитывается величиной кпд механизма, которая определена заданием на проектирование.

Таким образом, полный момент статического сопротивления грузового лифта определяется по выражению:

если двигатель работает в двигательном режиме, и по выражению:

если двигатель работает тормозном (генераторном) режиме.

1.3 Расчет нагрузочной диаграммы рабочей машины

Для того, чтобы ориентировочно оценить требуемую для данного механизма мощность двигателя, необходимо определить тем или иным способом мощность или момент производственного механизма на разных участках его работы и скорости движения рабочего органа механизма на этих участках. Другими словами, необходимо построить нагрузочную диаграмму производственного механизма.

Механизм, работающий в повторно-кратковременном режиме, в каждом цикле совершает прямой ход с полной нагрузкой и обратный ход на холостом ходу или с малой нагрузкой. На рисунке 2.1 приведена нагрузочная диаграмма механизма с ограничением допустимого ускорения рабочего органа механизма.

Рисунок 2 – Нагрузочная диаграмма механизма с ограничением ускорения

На нагрузочной диаграмме изображены:

- , – статические моменты при прямом и обратном ходах;

- , – динамические моменты при прямом и обратном ходах;

- , – пусковые моменты при прямом и обратном ходах;

- , – тормозные моменты при прямом и обратном ходах;

- , – скорости прямого и обратного ходов;

- , – времена пуска, торможения и установившегося движения при прямом ходе;

- , – времена пуска, торможения и установившегося движения при обратном ходе.

По заданным скоростям V c 1 , V c 2 , длине перемещения L, и допустимому ускорению а, рассчитываются t п1 , t п2 , t т1 , t т2 , t у1 , t у2 .

Время пуска и торможения:

Путь, проходимый рабочим органом машины за время пуска (торможения):

Путь, проходимый рабочим органом машины за время установившегося движения:

Время установившегося движения:

Время работы механизма при прямом и обратном ходах:

Динамические моменты рабочей машины

где D – диаметр вращающегося элемента рабочей машины, преобразующего вращательное движение в поступательное, м,

J рм1 , J рм1 – моменты инерции рабочей машины при прямом и обратном ходах.

Полный момент рабочего органа механизма, в динамическом режиме (пуск, торможение) при прямом и обратном ходах, определяются по выражениям:

1.4 Предварительный расчет мощности электродвигателя и его выбор

Таким образом, в результате расчетов по вышеприведенным формулам координаты нагрузочных диаграммы получают конкретные значения, позволяющие рассчитать среднеквадратическое значение момента за цикл работы.

Для нагрузочной диаграммы, с ограничением ускорения:

Фактическая относительна продолжительность включения определяется из выражений:

где t ц – длительность цикла работы, с,

Z – число включений в час.

Имея значение среднеквадратичного момента производственного механизма за цикл, ориентировочную требуемую мощность двигателя можно определить по соотношению:

где V сн – скорость рабочего органа механизма V c 2 ,

ПВН – номинальное значение продолжительности включения, ближайшее к фактическому ПВ Н,

К – коэффициент, учитывающий величину и длительность динамических нагрузок электропривода, а также потери в механических придачах и в электродвигателе. Для нашего случая К = 1.2.

Теперь выбирается двигатель, подходящий по условиям эксплуатации.

Параметры двигателя:

Краново-металлургический двигатель постоянного тока,U Н =220 В, ПВ=25%.

Таблица 2 – Данные двигателя

Определяем передаточное число редуктора:

где w Н – номинальная скорость выбранного двигателя.

Редуктор можно выбирать по справочнику, учитывая определенное передаточное число, номинальную мощность и скорость двигателя, а так же режим работы механизма, для которого этот редуктор предназначен.

Такой выбор редуктора является весьма примитивным и годным разве что для механизмов типа лебедки. Реально редуктор проектируется для конкретного рабочего механизма и является его неотъемлемой частью, ограниченно связанной и с электродвигателем и с рабочим органом. Поэтому, если выбор редуктора не ограничен особо в задании на проектирование.

1.5 Расчет приведенных статических моментов, моментов инерции и коэффициента жесткости системы электрический двигатель – рабочая машина

Для того чтобы можно было рассчитать статические и динамические характеристики электропривода, необходимо все статические и динамические нагрузки привести к валу двигателя. При этом должны учитываться не только передаточное число редуктора, но и потери в редукторе, а так же постоянные потери в двигателе.

Потери холостого хода двигателя (постоянные потери) можно определить, приняв их равными переменным потерям в номинальном режиме работы:

где η н – номинальный кпд двигателя.

Если величина η н в каталоге не дается, ее можно определить по выражению:

Момент постоянных потерь двигателя

Таким образом, приведенные к валу двигателя статические моменты системы электродвигатель – рабочая машина на каждом участке работы рассчитываются по формулам:

если двигатель в установившемся режиме работает в двигательном режиме.

Суммарный приведенный к валу электродвигателя момент инерции системы электродвигатель – рабочая машина состоит как бы из двух составляющих:

а) момент инерции ротора (якоря) двигателя и связанных с ним элементов электропривода, вращающихся с той же скоростью, что и двигатель,

б) приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции движущихся исполнительных органов рабочей машины и связанных с ними движущихся масс, задействованных в технологическом процессе данного рабочего механизма.

Таким образом, суммарный приведенный к валу двигателя момент инерции, при прямом и обратных ходах определяется по выражениям:

где J д – момент инерции якоря (ротора) двигателя,

а – коэффициент учитывающий наличие на быстроходном валу других элементов электропривода, таких как муфт, тормозного шкива и т.п.

Для механизма, представленного в задании на курсовое проектирование, коэффициент а = 1,5.

J пррм1 , J пррм2 – приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции движущихся исполнительных органов, и, связанных с ними масс рабочей машины при прямом и обратном ходах:

Для того, чтобы получить представление о влиянии упругих механических связей на переходные процессы системы электродвигатель – рабочая машина в задании представлена крутильная жесткость C k .

Приведенную к валу двигателя жесткость упругой механической связи С пр определяют через значение крутильной жесткости:

1.6 Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя

Для построения нагрузочной диаграммы электродвигателя необходимо определить требуемые для пуска и торможения значения динамических моментов, а так же значения пусковых и тормозных моментов двигателя.

Для нашей нагрузочной диаграммы механизма с ограничением ускорения значения этих моментов определяется по следующим выражениям.

Пусковые и тормозные моменты для случая, когда двигатель в установившемся режиме работает в двигательном режиме, определяется по формуле:

Для построения рабочей характеристики потребуется значение скорости w c 1 . Скорость w c2 равна номинальной скорости электродвигателя.

Рисунок 3 – Приближенная нагрузочная диаграмма электродвигателя

1.7 Предварительная проверка электродвигателя по нагреву и производительности

Предварительная проверка двигателя по нагреву может быть проведена по нагрузочной диаграмме двигателя методом эквивалентного момента. В данном случае этот метод не дает значительной погрешности, т.к. и двигатель постоянного тока, и двигатель переменного тока будут работать в проектируемом электроприводе на линейной части механических характеристик, что дает основание с большой долей вероятности считать момент двигателя пропорциональным току двигателя.

Эквивалентный момент определяется по выражению:

Допустимый момент предварительно выбранного двигателя, работающего при ПВ ф:

Условие правильности предварительного выбора двигателя:

Для нашего случая

что удовлетворяет условиям выбора электродвигателя.

1.8 Выбор системы электропривода и его структурная схема

Проектируемый электропривод совместно с заданным производственным механизмом образует единую электромеханическую систему. Электрическая часть этой системы состоит из элктромеханического преобразователя энергии постоянного или переменного тока и системы управления (энергетической и информационной). Механическая часть электромеханической системы включает в себя все связанные движущиеся массы привода и механизма.

В качестве основного представления механической части принимаем расчетную механическую систему (рисунок 4), частым случаем которой при пренебрежении упругостью механических связей является жесткое приведенное механическое звено.

Рисунок 4 – Двухмассовая расчетная механическая система

Здесь J 1 и J 2 – приведенные к валу двигателя моменты инерции двух масс электропривода, связанных упругой связью,

w1, w2 – скорости вращения этих масс,

с12 – жесткость упругой механической связи.

В результате анализа электромеханических свойств различных двигателей установлено, что при определенных условиях механические характеристики этих двигателей описываются идентичными уравнениями. Поэтому при этих условия аналогичны и основные электромеханические свойства двигателей, что позволяет описывать динамику электромеханических систем одними и тем же уравнениями.

Вышесказанное справедливо для двигателей с независимым возбуждением, двигателей с последовательным возбуждением и смешанным возбуждением при линеаризации их механических характеристик в окрестности точки статического равновесия и для асинхронного двигателя с фазным ротором при линеаризации рабочего участка его механической характеристики.

Таким образом, применив одни и те же обозначения для трех типов двигателей, получим систему дифференциальных уравнений, описывающих динамику линеаризованной электромеханической системы:

где М с(1) и М с(2) – части общей нагрузки электропривода, приложенные к первой и второй массам,

М 12 – момент упругого взаимодействия между движущимися массами системы,

β – модуль статической жесткости механической характеристики,

Т э – электромагнитная постоянная времени электромеханического преобразователя.

Структурная схема, соответствующая системе уравнений представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Структурная схема электромеханической системы

Параметры w0, Тэ, β определяются для каждого типа двигателя по собственным выражениям.

Система дифференциальных уравнению и структурная схема правильно отражает основные закономерности, свойственные реальным нелинейным электромеханическим системам в режимах допустимых отклонений от статического состояния.

1.9 Расчет и построение естественных механической и электромеханической характеристик выбранного электродвигателя

Уравнение естественных электромеханической и механической характеристик данного двигателя имеют вид:

где U – напряжение на якоре двигателя,

I – ток якоря двигателя,

M – момент, развиваемый двигателем,

R яΣ – суммарное сопротивление якорной цепи двигателя:

где R я – сопротивление обмотки якоря,

R дп – сопротивление обмотки дополнительных полюсов,

R ко – сопротивление компенсационной обмотки,

Ф – магнитный поток двигателя.

К – конструктивный коэффициент.

Из выражений, приведенных выше видно, что характеристики двигателя линейна при условии Ф = const и могут быть построены по двум точкам. Такими точками выбираются точка идеального холостого хода и точка номинального режима. Остальные величины определяются:

Рисунок 6 - Естественная характеристика двигателя

1.10 Расчет и построение искусственных характеристик электродвигателя

К искусственным характеристикам двигателя в данном курсовом проекте относятся реостатная характеристика для получения пониженной скорости при работе двигателя с полной нагрузкой, а так же реостатные характеристики обеспечивающие заданные условия пуска и торможения.

1.10.1 Расчет и построение пусковой диаграммы двигателя с линейной механической характеристики графическим способом

Построение начинается с построения естественной механической характеристики. Далее требуется рассчитать максимальный момент развиваемый двигателем.

где λ – перегрузочная способность двигателя.

Для построения рабочей характеристики используем значения w 1 и М с1 , точку идеального холостого хода.

При выходе на естественную характеристику имеется бросок тока, который выходит за рамки М 1 и М 2 . Для запуска с рабочей характеристики необходимо оставить текущую схему пуска. Так как при пуске на рабочую и естественную характеристику ступень требуется одна и нет надобности в дополнительных ступенях.

М 1 и М 2 принимаем равными:

Рисунок 7 - Пусковая характеристика двигателя

Согласно рисунку пусковые сопротивления рассчитываются по следующим формулам:

Последовательность пуска отображена на рисунке в виде знаков.

1.10.2 Расчет и построение рабочей характеристики двигателя с линейной механической характеристики.

Рабочая характеристика двигателя постоянного тока с независимым возбуждением строится по двум точкам: точка идеального холостого хода и точка рабочего режима, координаты которых определены ранее:

Рисунок 8 - Рабочая характеристика двигателя

В зависимости от того как располагаются рабочая характеристика относительно пусковой диаграммы двигателя, необходима та или иная коррекция либо пусковой диаграммы, либо траектории пуска двигателя под нагрузкой Мс1 до скорости wc1.

Рисунок 9 - Рабочая характеристика двигателя

1.10.3 Построение тормозных характеристик

Техническим заданием определено максимально допустимое, в переходных процессах, ускорение, то исходным для построения тормозных характеристик являются величины средних, постоянных по величине, тормозных моментов, определенных в пункте 6. Так как, при их определении ускорение считалось постоянным, тормозные моменты при торможении с различной нагрузкой и с разных начальных скоростей могут значительно отличаться друг от друга, причем в большую, либо меньшую сторону. Теоретически возможно даже их равенство:

Поэтому должны быть построены обе тормозные характеристики.

Рисунок должен учитывать, что реостатные характеристики торможения Противовключением должны быть построены таким образом, чтобы площадь между характеристиками и осями координат примерно равнялись в одном случае:

а в другом случае:

Зачастую величины тормозных моментов бывают намного меньше пикового момента М 1 , при котором определяются пусковые сопротивления. В этом случае необходимо построить естественную характеристику двигателя для обратного направления вращения и определить величины тормозных сопротивлений по выражениям согласно рисунку:

1.11 Расчет переходных режимов электропривода

В данном курсовом проекте должны быть рассчитаны переходные процессы пуска и торможении с различной нагрузкой. В результате должны быть получены зависимости момента, скорости и угла поворота от времени.

Результаты расчета переходных процессов будут использованы при построении нагрузочных диаграмм электропривода и проверке двигателя по нагреву, перегрузочной способности и заданной производительности.

1.11.1 Расчет механических переходных процессов электропривода при абсолютно жестких механических связях

При представлении механической части электропривода жестким механическим звеном и пренебрежении электромагнитной инерцией, электропривод с линейной механической характеристикой, представляет собой апериодическое звено, с постоянной времени Т м.

Уравнения переходного процесса для этого случая записываются так:

где М с – момент двигателя в установившемся режиме,

w c - скорость двигателя в установившемся режиме,

М нач – момент в начале переходного процесса,

W нач – скорость двигателя в начале переходного процесса.

Т м – электромеханическая постоянна времени.

Электромеханическая постоянная времени считается по следующей формуле, для каждой ступени:

Для тормозных характеристик:

Время работы на характеристике, при переходных процессах определяется по следующей формуле:

Для выхода на естественную характеристику считаем:

Для выхода на рабочую характеристику:

Для тормозных характеристик:

Время переходных процессов при пуске и торможении определяется, как сумм времен на каждой ступени.

Для выхода на естественную характеристику:

Для выхода на рабочую характеристику:

Время работы на естественной характеристике теоретически равно бесконечности, соответственно его считали как (3-4) Тm.

Таким образом, были получены все данные для расчета переходных процессов.

1.11.2 Расчет механического переходного процесса электропривода при наличии упругой механической связи

Для расчета данного переходного процесса необходимо знать ускорение и частоту свободных колебаний системы.

Решение уравнения имеет вид:

В абсолютно жесткой системе нагрузка передач в процессе пуска равна:

За счет упругих колебаний нагрузка возрастает и определяется по выражению:

Рисунок 13 - Упругие колебания нагрузки

1.11.3 Расчет электромеханического переходного процесса электропривода при абсолютно жестких механических связях

Для расчета данного переходного процесса необходимо, что бы были рассчитаны следующие величины:

Если отношение постоянных времени меньше четырех то используем следующие формулы для вычисления:

Рисунок 14 - Переходной процесс W(t)

Рисунок 15 - Переходной процесс М(t)

1.12 Расчет и построение уточненной нагрузочной диаграммы электродвигателя

Уточненная нагрузочная диаграмма двигателя должна быть построена с учетом пусковых и тормозных режимов работы двигателя в цикле.

Одновременно с расчетом нагрузочной диаграммы двигателя необходимо рассчитать величину среднеквадратичного момента на каждом участке переходного процесса.

Среднеквадратичный момент характеризует нагрев двигателя в том случае, когда двигатели работают на линейной части своих характеристик, где момент пропорционален току.

Для определения среднеквадратичных значений момента или тока реальная кривая переходного процесса аппроксимируется прямолинейными участками.

Значения среднеквадратичных моментов на каждом участке аппроксимации определим по выражению:

где М нач i – начальное значение момента на рассматриваемом участке,

М кон i – конечное значение момента на рассматриваемом участке.

Для нашей нагрузочной диаграммы необходимо определить шесть среднеквадратичных момента.

Для движения на естественной характеристике:

Для движения на рабочей характеристике:

1.13 Проверка электропривода на заданную производительность, по нагреву и перегрузочной способности

Проверка на заданную производительность механизма заключается в том, чтобы проверить, укладывается ли рассчитанное время работы в заданное техническим заданием t p .

где t рр – расчетное время работы электропривода,

t п1 и t п2 – времена первого и второго пусков,

t т1 и t т2 – времена первого и второго торможений,

t у1 и t у2 – времена установившихся режимов при работе с большей и малой нагрузкой,

t п2 , t п1 , t т2 , t т12 – берутся из расчета переходных процессов,

Проверку выбранного двигателя по нагреву в данном курсовом проекте следует выполнить методом эквивалентного момента.

Допустимый момент двигателя в повторно – кратковременном режиме определяют по выражению:

1.14 Принципиальная электрическая схема силовой части электропривода

Силовая часть представлена в графической части.

Описание силовой схемы электродвигателя

Управление электроприводом заключается, в – первых, в подключении обмоток двигателя к питающей сети при пуске и отключение при остановке и во – вторых, постепенного переключения релейно–контакторной аппаратурой ступеней пускового резистора по мере разгона двигателя.

Выведение ступеней пускового резистора в цепи ротора, возможно несколькими способами: в функции скорости, в функции тока и в функции времени. В данном проекте пуск двигателя осуществляется в функции времени.

Заключение

В данном курсовом был рассчитан электропривод тележки мостового крана. Выбранный двигатель не совсем удовлетворяет условиям, так как момент развиваемы двигателем больше, чем требуется для данного механизма, следовательно, необходимо выбрать двигатель с меньшим моментом. Так как перечень предлагаемых двигателей не полный, то мы оставляем данный двигатель с поправкой.

Так же для использования рабочей характеристики для пуска в обоих направлениях, мы допустили несколько больший скачек тока, при переходе на естественную характеристику. Но это допустимо, так как изменение схемы пуска привело бы к необходимости введения дополнительного сопротивления.

Список литературы

1.Ключев, В.И. Теория электропривода / В.И. Ключев. – М.: Энергоатомиздат, 1998.- 704с.

2.Чиликин, М.Г. Общий курс электропривода / М.Г. Чиликин. – М.: Энергоатомиздат, 1981. -576 с.

3.Вешеневский, С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе / С.Н. Вешеневский. – М.: Энергия, 1977. – 432 с.

4.Андреев, В.П. Основы электропривода / В.П. Андреев, Ю.А. Сабинин. – Госэнергоиздат, 1963. – 772 с.

Скачать курсовую: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Кафедра: «Электрооборудования Судов и Электроэнергетики»
Курсовая работа
на тему:

«Расчёт электропривода грузоподъёмного механизма»

Калининград 2004

1. 
   Исходные данные для расчётов……………………………………………
2. 
   Построение упрощённой нагрузочной диаграммы механизма

1. 
   Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя………….

2.3 Расчёт статической мощности на валу двигателя………………………...

2.4 Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя…………..

2.5 Расчёт требуемой мощности двигателя по упрощённой нагрузочной

диаграмме…………………………………………………………………...

3. Построение механической и электромеханической характеристики……..

3.1 Расчёт и построение механической характеристики……………………...

3.2 Расчёт и построение электромеханической характеристики……………..

4. Построение нагрузочной диаграммы………………………………………..

4.1 Подъём номинального груза………………………………………………..

4.2 Тормозной спуск груза……………………………………………………...

4.3 Подъём холостого гака……………………………………………………..

4.4 Силовой спуск силового гака………………………………………………

5. Проверка выбранного двигателя на обеспечение заданной

производительности лебёдки………………………………………………...

6. Проверка выбранного двигателя на нагрев…………………………………

7. Силовая схема преобразователя частоты с инвертором напряжения……..

8. Список используемой литературы…………………………………………..

1. 
   Исходные данные для расчётов

Таблица -1- Исходные данные для расчётов
2. Построение упрощённой нагрузочной диаграммы механизма

и предварительный выбор мощности двигателя

2.1 Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя
Продолжительность включения рассчитываем по формуле:

(1)
где
(2)

Время работы двигателя при подъёме груза:

Время работы двигателя при спуске груза:

(5)
Время работы двигателя при подъёме холостого гака:
(6)
Время работы двигателя при спуске холостого гака:

Здесь скорость спуска холостого гака равна скорости подъёма холостого гака

Суммарное время включённого состояния двигателя:

Определяем продолжительность включения двигателя

2.2 Расчёт статической мощности на выходном валу механизма.
Статическая мощность на выходном валу при подъёме груза:

(8)
Статическая мощность на выходном валу при спуске груза:

Статическая мощность на выходном валу при посадке груза:

(10)
Статическая мощность на выходном валу при подъёме холостого гака:

(11)
Статическая мощность на выходном валу при спуске холостого гака:

2.3 Расчёт статической мощности на валу двигателя.
Статическая мощность на валу двигателя при подъёме груза:

(13)
Статическая мощность на валу двигателя при спуске груза:

(14)
Статическая мощность на валу двигателя при посадке груза:

Статическая мощность на валу двигателя при подъёме холостого гака:

Здесь η х.г =0,2

Статическая мощность на валу двигателя при спуске холостого гака:

2.4 Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя.

Рисунок 1 – Упрощённая нагрузочная диаграмма двигателя

2.5 Расчёт требуемой мощности двигателя по упрощённой нагрузочной диаграмме

Средне квадратичную мощность рассчитываем по формуле:

(18)
где β i - коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи и рассчитывается для всех рабочих участков по формуле:

(19)
Здесь β 0 - коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи при неподвижном роторе

Для двигателей открытого и защищённого исполнения β 0 =0,25÷0,35

Для двигателей закрытого обдуваемого исполнения β 0 =0,3÷0,55

Для двигателей закрытых без обдува β 0 =0,7÷0,78

Для двигателей с принудительной вентиляцией β 0 =1
Принимаем β 0 =0,4 и υ ном = м/с
При подъёме груза:

(20)
При спуске груза до одного метра:
(21)
При посадке груза:

(22)
При подъёме холостого гака:

(23)
При спуске холостого гака:

(24)
Таблица 2 – Сводная таблица данных для расчёта среднеквадратичной

мощности

Запишем выражение для расчёта среднеквадратичной мощности двигателя:

=

Номинальную мощность двигателя находим по формуле:

(26)
где k з =1,2 – коэффициент запаса

ПВ ном =40% - номинальная продолжительность включения

По справочнику выбираем двигатель марки, который имеет следующие характеристики:
Номинальная мощность Р н = кВт

Номинальное скольжение s н = %

Частота вращения n= об/мин

Номинальный ток статора I ном = А

Номинальный КПД η н = %

Номинальный коэффициент мощности cosφ н =

Момент инерции J = кг·м 2

Число пар полюсов р =

3. Построение механической и электромеханической характеристики.
3.1 Расчёт и построение механической характеристики.

Номинальная угловая скорость вращения:

(26)

Н
(27)
оминальный момент:

Определяем критическое скольжение для двигательного режима:

где

перегрузочная способность λ=

(29)

Критический момент вращения находим из выражения 29:

По уравнению Клосса находим М дв:

(31)
Запишем выражение для угловой скорости:

(32)
где ω 0 =157 с –1
Используя формулы 31, 32 составим расчётную таблицу:
Таблица 3 – Данные для построения механической характеристики.

(33)
где

(34)

Ток, значение которого обусловлено параметрами скольжения и момента на валу:

(35)
Используя формулы 33, 34, 35 составим расчётную таблицу:
Таблица 4 – Данные для построения электромеханической характеристики.

Рисунок 2 – Механическая и электромеханическая характеристики асинхронного

двигателя типа при 2р= .

4. Построение нагрузочной диаграммы
4.1 Подъём номинального груза.

(36)
Передаточное число:

(37)
Момент на валу электродвигателя:

Время разгона:

(39)
где угловая скорость ω 1 определена по механической характеристике двигателя и соответствует моменту М 1ст.
Выбранный двигатель типа снабжён дисковым тормозом типа с М т = Н·м
Постоянные потери в электродвигателе:

(40)
Тормозной момент, обусловленный постоянными потерями в электродвигателе:

(41)

Суммарный тормозной момент:

Время остановки поднимаемого груза при отключении двигателя:

(43)

Установившаяся скорость подъёма номинального груза:

(44)

Время подъёма груза при установившемся режиме:

Ток, потребляемый двигателем, в пределах допустимых нагрузок пропорционален моменту на валу и может быть найден по формуле:

4.2 Тормозной спуск груза.
Момент на валу электродвигателя при опускании номинального груза:

Поскольку в пределах допустимых нагрузок механическую характеристику для генераторного и двигательного режимов можно представить одной линией, скорость рекуперативного торможения определяется по формуле:

(49)
где угловая скорость ω 2 определена по механической характеристике двигателя и соответствует моменту М 2ст.
Если ток тормозного режима I 2 принять равным току двигателя, работающего с моментом М 2ст, то:

Время разгона при опускании груза с включённым двигателем:

(51)
Тормозной момент при отключении двигателя от сети:

Время остановки опускаемого груза:

Скорость опускания груза:

(54)
Путь, пройденный грузом при разгоне и торможении:

(55)
Время опускания груза при установившемся режиме:

(56)

1. 
   Подъём холостого гака.

Момент на валу электродвигателя при подъёме холостого гака:

(57)
Моменту М 3ст = Н·м соответствует, согласно механической характеристике, скорость двигателя ω 3 = рад/с

Ток, потребляемый двигателем:

(58)
Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода:

(59)
Время разгона при подъёме холостого гака:

(60)
Тормозной момент при отключении двигателя в конце подъёма гака:

Время остановки поднимаемого гака:

(62)

Скорость подъёма холостого гака:

(63)

(64)
Время установившегося движения при подъёме холостого гака:

1. 
   Силовой спуск силового гака.

Момент на валу электродвигателя при опускании холостого гака:

(66)
Моменту М 4ст = Нм соответствует скорость двигателя ω= рад/с

и потребляемый ток:

(67)
Время разгона при опускании холостого гака:

(68)
Тормозной момент при отключении двигателя:

(69)
Время остановки опускаемого гака:

(70)
Скорость опускания холостого гака:

Путь, пройденный гаком при разгоне и торможении:

(72)
Время установившегося движения при опускании холостого гака:

(73)
Расчётные данные работы двигателя сводим в таблицу 5.

Таблица 5 – Расчётные данные работы двигателя.

5. Проверка выбранного двигателя на обеспечение

заданной производительности лебёдки.

Полная продолжительность цикла:

Число циклов в час:

6. Проверка выбранного двигателя на нагрев.

Расчётная продолжительность включения:

(76)
Эквивалентный ток при повторно-кратковременном режиме,

соответствующий расчётной ПВ% (полагая ток плавно спадающим

от пускового до рабочего, берём для расчёта его среднее значение,

тем более что время переходного процесса ничтожно мало):

Эквивалентный ток при повторно-кратковременном режиме, пересчитанный на стандартную ПВ% выбранного двигателя, по уравнению:

(78)
Таким образом, I ε н = А
8. Список используемой литературы.

1. 
   Чекунов К. А. “Судовые электроприводы электродвижение судов”. – Л.:

2. Теория электропривода. методические указания к курсовой работе для

студентов дневных и заочных факультетов высших учебных заведений по

специальности 1809 “Электрооборудование и автоматика судов”.-

Калининград 1990г.

3. Чиликин М. Г. “Общий курс электропривода”.- М.: Энергия 1981г.

7. Силовая схема преобразователя частоты с инвертором напряжения.

Преобразователь с инвертором напряжения включает следующие основные силовые узлы (рисунок 3): управляемый выпрямитель УВ с LC-фильтром; инвертор напряжения – АИ с группами вентилей прямого ПТ и обратного ОТ тока, отсекающими диодами и коммутирующими конденсаторами ; ведомый инвертор ВИ с LC-фильтром. Обмотки дросселя фильтров УВ и ВИ выполнены на общем сердечнике и включены в плечи вентильных мостов, выполняя при этом также функции токоограничения. В преобразователе осуществляется амплитудный метод регулирования выходного напряжения посредством УВ, а АИ выполнен по схеме с одноступенчатой междуфазовой коммутацией и устройством подзаряда конденсаторов от отдельного источника (на схеме не показано). Ведомый инвертор ВИ обеспечивает режим рекуперативного торможения электропривода. При построении преобразователя принято совместное управление УВ и ВИ. Поэтому с целью ограничения уравнительных токов система регулирования должна обеспечить более высокое напряжение постоянного тока ВИ, чем у УВ. Кроме того, система регулирования должна обеспечить заданный закон управления напряжением и частотой преобразователя.

Поясним формирование кривой выходного напряжения. Если первоначально в проводящем состоянии были тиристоры 1 и 2, то при открывании тиристора 3 заряд кондесатора прикладывается к тиристору 1, и онзакрывается. Проводящими оказываются тиристоры 3 и 2. Под действием ЭДС самоиндекции и фазы А открываются диоды 11 и 16, так как разность потенциалов между началами фаз А и В оказывается наибольшей. Если продолжительность включения обратных диодов, определяемая самоиндукцией фазы нагрузки, меньше длительности рабочего интервала, диоды 11 и 16 закрываются.

В звено постоянного тока параллельно инвертору включается конденсатор, ограничивающий пульсации напряжения , возникающие при переключении тиристоров инвертора. В результате звено постоянного обладает сопротивлением для переменной составляющей тока, и напряжение входа и выхода инвертора при постоянных параметрах нагрузки связаны постоянным коэффициентом.

Плечи инвертора обладают двухсторонней проводимостью. Для обеспечения этого в плечах инвертора используются тиристоры, зашунтированные встречно включёнными диодами.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

U н =220 В - номинальное напряжение

2 р=4 - двигатель четырехполюсный

Р н =55 кВт - номинальная мощность

n н =550 об/мин - номинальная частота вращения

I н =282 А - номинальный ток якоря

r я +r дп =0,0356 Ом - сопротивление якорной обмотки и добавочных полюсов

N=234 - число активных проводников якоря

2a=2 - число параллельных ветвей якоря

Ф н =47,5 мВб - номинальный магнитный поток полюса

k = pN/2a=2*234/2=234 - конструктивный коэффициент двигателя

kФн=Е/щ=(Uн.-Iн.(Rя.+ Rд.п.))/щ=3,65 (Вб.)

щ н =2рn н /60=57,57 (рад./с.)

щ(I )

щ=0, I=6179,78 (A.)

I=0, щ=60,27 (рад./c.)

щ(M )

щ(M)=Uн - M(Rя.+ Rд.п.)/(kФн)

щ=0, M=22 (кН/м)

M=0, щ=60,27 (рад./c.)

2. Определить величину добавочного сопротивления, которое необходимо ввести в цепь якоря для снижения скорости до щ=0,4щ н при номинальном токе якоря двигателя I = I н . Построить электромеханическую характеристику, на которой будет работать двигатель с пониженной скоростью

Схема реостатного регулирования двигателя независимого возбуждения:

щ=0,4щ н =23,03 (рад/с)

щ=(Uн. - Iн(Rя.+ Rд.п.+Rд))/ kФн

kФн* щ= Uн. - Iн(Rя.+ Rд.п.+Rд)

Iн(Rя.+ Rд.п.+Rд)= Uн - kФн* щ

Rд=(Uн - kФн*щ)/ Iн - (Rя.+Rд.п)=(220-84,06)/282-0,0356=0,4465 (Ом) - добавочное сопротивление

Построение электромеханической характеристики - щ(I )

щ(I)=(Uн. - I(Rя.+ Rд.п.+Rд))/ kФн

щ=0, I=456,43 (A)

I=0, щ=60,27 (рад./c.)

двигатель якорь тормозной электромеханический

3. Определить добавочное тормозное сопротивление, ограничивающее ток якоря двукратным значением от номинального I =2 I н при переходе из номинального режима в генераторный:

а) торможение противовключением

Из формулы: щ(I)=(Е - I R)/ kФн находим Rобщ:

Rобщ=(щ н.(kФ) н. - (-Uн.))/-2Iн=(57,57*3,65+220)/(2*282)=0,7626 (Ом.)

Rд=Rобщ - (Rя.+ Rд.п)=0.727 (Ом)

Берём, при расчётах, сопротивление по модулю.

Построение электромеханической характеристики - щ(I )

щ(I)=(E - I R)/ kФн

щ=0, I=-288,5 (A.)

I=0, щ=-60,27 (рад./c.)

Построение механической характеристики - щ(M )

щ(M)=E - M*R /(kФ)

щ=0, M=-1,05 (кН/м)

M=0, щ=-60,27 (рад./c.)

б) динамическое торможение

Так как при динамическом торможении якорные цепи машины отключены от сети, то в выражении следует приравнять нулю напряжение U н, тогда уравнение примет вид:

М = - I н Ф=-13,4 Н/м

щ=М*Rобщ/(kФн) 2

Rобщ= щ н *(kФн) 2 /М=57,57*3,65 2 /13,4=57,24 (Ом)

Rд=Rобщ - (Rя.+ Rд.п)=57.2 (Ом)

Построение электромеханической характеристики - щ(I )

щ(I)=(E - I R)/ kФн

щ=0, I=-3,8 (A.)

I=0, щ=60,27 (рад./c.)

Построение механической характеристики - щ(M )

щ(M)=E - M*R /(kФн)

щ=0, M=-14,03 (кН/м)

M=0, щ=60,27 (рад./c.)

Ф=0,8Фн=0,8*47,5=38 (мВб)

kФ=2,92 (Вб.)

Построение электромеханической характеристики - щ(I )

щ(I)=(Uн. - I(Rя.+ Rд.п.))/ kФ

щ=0, I=6179,78 (A.)

I=0, щ=75,34 (рад./c.)

Построение механической характеристики - щ(M )

щ(M)=Uн - M(Rя.+ Rд.п.)/kФ

щ=0, M=18 (кН/м)

M=0, щ=75,34 (рад./c.)

Построение электромеханической характеристики - щ(I )

щ(I)=(U. - I(Rя.+ Rд.п.))/ kФн

щ=0, I=1853,93 (A.)

I=0, щ=18,08 (рад./c.)

Построение механической характеристики - щ(M )

щ(M)=U - M(Rя.+ Rд.п.)/(kФн)

щ=0, M=6.77 (кН/м)

M=0, щ=18,08 (рад./c.)

6. Определить скорость двигателя при рекуперативном спуске груза, если момент двигателя составляет М=1,5Мн

М=1,5Мн=1,5*13,4=20,1 (Н/м)

щ(M)=Uн - M(Rя.+ Rд.п.)/(kФн)=60 (рад/с)

n=60*щ/(2*р)=574 (об/мин)

Схема включения пусковых резисторов

Значения токов переключения I 1 и I 2 выбираем, исходя из требований технологии к электроприводу и коммутационной способности двигателя.

л= I 1 /I 2 =R 1 /(Rя+Rдп)=2 - отношение токов переключения

R 1 = л*(Rя+Rдп)=0,0712 (Ом)

r 1 = R 1 - (Rя+Rдп)=0.0356 (Ом)

R 2 = R 1 * л=0,1424 (Ом)

r 2 = R 2 - R 1 =0.1068 (Ом)

R 3 = R 2 * л=0,2848 (Ом)

r 3 = R 3 - R 2 =0,178 (Ом)

Построение пусковой диаграммы

щ(I)=(Uн. - I(Rя.+ Rд.п.))/ kФн

щ 0 =0, I 1 (R 3)=772,47 (A)

щ 1 (I 1)=(Uн. - I 1 R 2)/ kФн=30,14 (рад/с)

щ 2 (I 1)=(Uн. - I 1 R 1)/ kФн=45,21 (рад/с)

щ 3 (I 1)=(Uн. - I 1 (Rя+Rдп))/ kФн=52,72 (рад/с)

I=0, щ=60,27 (рад./c.)

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Определение тока холостого хода, сопротивлений статора и ротора асинхронного двигателя. Расчет и построение механических и электромеханических характеристик электропривода, обеспечивающего законы регулирования частоты и напряжения обмотки статора.

контрольная работа , добавлен 14.04.2015


Расчет и построение естественных и искусственных характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Характеристики при пуске и торможении. Определение времени разгона привода. Графоаналитическое решение уравнения движения электропривода.

курсовая работа , добавлен 02.05.2011


Определение индуктивность между цепью якоря и цепью возбуждения двигателя. Расчет индуктивности обмотки возбуждения, реактивного момента и коэффициента вязкого трения. График изменения момента и скорости вращения вала двигателя в функции времени.

лабораторная работа , добавлен 14.06.2013


Расчет и построение естественных и искусственных механических характеристик двигателя постоянного тока смешанного возбуждения. Расчет регулирующего элемента генератора параллельного возбуждения. График вебер-амперной характеристики электродвигателя.

контрольная работа , добавлен 09.12.2014


Расчет механических характеристик двигателей постоянного тока независимого и последовательного возбуждения. Ток якоря в номинальном режиме. Построения естественной и искусственной механической характеристики двигателя. Сопротивление обмоток в цепи якоря.

контрольная работа , добавлен 29.02.2012


Расчёт и построение естественных механических и электромеханических характеристик двигателя. Способ пуска и регулирования скорости в пределах цикла, ящик сопротивления. Механические характеристики в рабочих режимах и режиме динамического торможения.

курсовая работа , добавлен 11.08.2011


Расчет исходных данных двигателя. Расчет и построение естественных механических характеристик асинхронного двигателя по формулам Клосса и Клосса-Чекунова. Искусственные характеристики двигателя при понижении напряжения и частоты тока питающей сети.

курсовая работа , добавлен 30.04.2014


Предварительный выбор двигателя по мощности. Выбор редуктора и муфты. Приведение моментов инерции к валу двигателя. Определение допустимого момента двигателя. Выбор генератора и определение его мощности. Расчет механических характеристик двигателя.

курсовая работа , добавлен 19.09.2012


Расчёт силовой части привода и системы регулирования тока возбуждения, якоря и скорости. Выбор двигателя, трансформатора, полупроводниковых элементов, защитной и коммутационной аппаратуры. Применение электропривода в металлургическом производстве.

курсовая работа , добавлен 18.06.2015


Расчет мощности двигателя, энергетических, естественных и искусственных механических и электромеханических характеристик системы электропривода. Выбор преобразовательного устройства, аппаратов защиты, сечения и типа кабеля. Расчет переходных процессов.

Введение

Электропривод представляет собой электромеханическую систему, предназначенную для преобразования электрической энергии в механическую, приводящую в движение рабочие органы различных машин. Однако на современном этапе на электропривод часто возлагается задача управления движением рабочих органов по заданному закону, с заданной скоростью или по заданной траектории, поэтому более точно можно сказать, чтоэлектропривод - это электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочих органов различных машин и управления этим движением.

Как правило, электропривод состоит из электродвигателя , осуществляющего непосредственное преобразование электрической энергии в механическую, механической части , передающей энергию от двигателя к рабочему органу, включающий рабочий орган и устройства управления двигателем , осуществляющего регулирование потока энергии от первичного источника к двигателю. В качестве устройства управления может быть использован как простейший выключатель или контактор, так и регулируемый преобразователь напряжения. В совокупности перечисленные устройства образуют энергетический канал привода. Для обеспечения заданных параметров движения привода предназначен информационно-управляющий канал , в состав которого входят информационные и управляющие устройства, обеспечивающие получение информации о заданных параметрах движения и выходных координатах и реализующие определенные алгоритмы управления. К ним относятся, в частности, различные датчики (угла, скорости, тока, напряжения и др.), цифровые, импульсные и аналоговые регуляторы.

1. Исходные данные для расчета

Кинематическая схема электропривода рольганга перед ножницами для пореза прокатанного металла на заготовки показана на рис. 1.1. Предусматривается безупорный способ пореза.

Электропривод рольганга перед ножницами для пореза прокатанного металла.

1 - электродвигатель,

2 - тормозной шкив,

3 - редуктор,

4 - продольный вал,

5 - коническая пара,

7 - подкат,

8 - отрезаемая заготовка,

9 - ось ножниц

Масса подката на рольганге m п =5,5 кг·10 3

Масса ролика m р =1,0 кг·10 3

Мерная длина отрезаемых заготовок l =5,7 м

Диаметр ролика D Р =0,4 м

Число роликов n =15

Диаметр цапф d Ц =0,15 м

Максимальная скорость движения подката х мах =1,4 м/с

Минимальная (ползучая) скорость движения х м in =0,42 м/с

Время работы на ползучей скорости t min =0,7 с

Допустимое ускорение а =2,1 м/с 2

Момент инерции ролика J Р =20 кг·м 2

Момент инерции колеса качения J К =1,0 кг·м 2

Момент инерции продольного вала J В =5,0 кг·м 2

Расстояние между роликами l Р =0,8 м

Длительность цикла t Ц =42,5 с

КПД конической передачи з МЕХ =0,92

2. Предварительный выбор двигателя

Момент на продольном валу привода рольганга определяется моментом трения скольжения в цапфах роликов и моментом трения качения роликов по подкату.

где м =0,1 - коэффициент трения скольжения в цапфах;

f =1,5·10 -3 - коэффициент трения качения роликов по подкату, м.

Рассчитывается значение мощности двигателя

Пользуясь справочником Вешеневского С.Н., выбираем четыре двигателя большей мощности. Два двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, два асинхронных двигателя с фазным ротором. Данные двигателей заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

где i - передаточное число, определяется по формуле:

Для дальнейшего расчета используем двигатель с наименьшим числом J i 2 . В данном случае это асинхронный двигатель марки МТВ 312-6.

Выписываем его данные из справочника.

3. Построение тахограммы и нагрузочной диаграммы

Согласно циклу работы электропривода рольганга строим тахограмму (рис. 3.1)

Технологический процесс осуществляется в следующей последовательности. Подкат (прокатанный из слитка металл) подается цепным транспортером (шлеппером) на рольганг. Привод запускается и перемещает подкат в направлении к ножницам. Передний конец подката проходит ось ножниц до оси безупорного останова. При этом привод вначале затормаживается до минимальной скорости v min , а через заданное время t min останавливается. Осуществляется рез заготовки. Отрезанная заготовка снимается. Снова осуществляется пуск рольганга, процесс продолжается, пока вся длина подката не будет порезана на мерные заготовки.

Рис. 3.1. Тахограмма работы электропривода рольганга

Отрезки времени на участках тахограмм рассчитываются по известным из физики формулам равномерного и равноускоренного движения.

Для построения нагрузочной характеристики необходимо рассчитать динамические и статические моменты конкретных производственных механизмов по формулам:

Рассчитываем результирующие моменты на каждом участке по формуле:

По полученным расчетам строим нагрузочную характеристику (рис. 3.2).

4. Проверка двигателя по нагреву и на перегрузочную способность

электропривод двигатель тахограмма

Для проверки двигателя по нагреву применяется метод эквивалентных величин, предполагающий простой расчет среднеквадратичных значений мощности, момента, тока.

Для асинхронных электродвигателей с фазным ротором М=С" м ФI 2 cos ц 2 (здесь ц 2 - угол сдвига между вектором магнитного потока Ф и вектором тока ротора I 2 ). Коэффициент мощности cosц 2 ?const , а меняется в зависимости от загрузки электродвигателя. При нагрузке, близкой к номинальной, Ф·cos ц 2 приближенно может быть принято постоянным и, следовательно, М? К" м I 2 . Учитывая пропорциональность момента и тока, условием для проверки двигателя по нагреву можно принять:

Значит двигатель проходит проверку по нагреву

Проверяется также двигатель по перегрузочной способности, исходя из нагрузочной диаграммы.

где - максимальный нагрузочный момент (определяется по нагрузочной диаграмме), Н?м;

Максимальный момент двигателя, Н?м.

По справочным данным для двигателя МТВ 312-6

147,04<448, значит, двигатель проходит проверку на перегрузочную способность.

5. Расчет статических механических характеристик электропривода

Механическая характеристика АД выражается формулой Клосса.

М кг >М кд,

где М кг, М кд - критические моменты в генераторном и двигательном режимах соответственно.

Если пренебречь реактивным сопротивлением статора получим, упрощенную формулу Клосса:

где - критическое скольжение АД.

Номинальное скольжение АД определяется по формуле:

Синхронная частота вращения магнитного поля АД:

Номинальная скорость определяется

Номинальный вращающий момент АД определяется по формуле (4.2)

Критический момент АД определяется по формуле (4.4)

Для построения механической характеристики рассчитываем момент по формуле (5.2) и угловую скорость по формуле:

Полученные данные заносим в таблицу 5.1 и строи механическую характеристику (рис 5.1).

Таблица 5.1

Механическая характеристика асинхронного двигателя марки МТВ 312-6

6. Расчет переходных процессов и динамических характеристик

Если в процессе пуска двигателя момент статического сопротивления постоянен, что в практике эксплуатации имеет место во многих случаях, то пики тока и момента обычно выбирают одинаковыми на всех ступенях.

Для расчета сопротивлений надо задаться двумя из трех следующих величин: М 1 (пиковым моментом), М 2 (моментом переключения), (числом пусковых ступеней). При выборе величин М 1 , М 2 , z следует руководствоваться следующими соображениями.

В случае релейно-контакторного управления число пусковых ступеней всегда значительно меньше, чем у реостатов, т.к. здесь режим пуска регламентируется аппаратурой управления и не зависит от оператора. К тому же каждая пусковая ступень требует отдельного контактора и реле, что заметно увеличивает стоимость оборудования. Поэтому число пусковых ступеней при контакторном управлении для двигателей малой мощности - до 10 кВт - делается равным 1 - 2; для двигателей средней мощности - до 50 кВт - 20 - 3; для двигателей большей мощности - 3 - 4 ступени.

Для асинхронного двигателя марки МТВ 312-6 примем число ступеней z =3.

Аналитический метод

Момент переключения находится по формуле:

В данном курсовом проекте следует принять

Полное сопротивление ротора на первой ступени:

Сопротивления следующих ступеней:

Сопротивления секций:

По полученным данным строим характеристику (рис. 6.1).

Графический метод

Масштаб сопротивлений

Приведенное сопротивление ротора вычисляется по формуле

Пусковая характеристика асинхронного двигателя марки МТВ 312-6

Величина Т М называется механической постоянной времени. Она характеризует скорость протекания переходного процесса. Чем больше Т М , тем медленнее протекает переходной процесс.

В пределах прямолинейной части характеристики АД для механической постоянной времени при справедливо выражение:

В данном курсовом проекте удобнее будет воспользоваться выражением для механической постоянной времени для прямолинейных характеристик:

Время работы на каждой пусковой характеристике можно определить

Уравнение для каждой ступени движения электропривода:

По формулам (6.11) и (6.12) рассчитываем зависимости и для каждой ступени. Расчеты сводятся в таблицу 6.2 и по ним строятся графики переходных процессов (рис. 6.1 и рис. 6.2.).

По построенной пусковой характеристике (рис. 6.1) определяем значения, и заносим их в таблицу 6.1.

Таблица 6.1

Рассчитываем зависимости и для каждой ступени

Для остальных ступеней расчет ведется аналогично. Полученные данные заносим в таблицу 6.2.

Таблица 6.2

График переходного процесса. M (t )

График переходного процесса. (t )

7. Расчет искусственных механических характеристик

Механическая характеристика АД выражается упрощенной формулой Клосса:

Введение добавочного сопротивления в цепь ротора двигателя

Для расчета естественной характеристики определяем номинальные сопротивления ротора

Относительное сопротивление цепи ротора с включенным резистором

Определяем отношение

Скольжение на искусственной характеристике определяется:

Строим механические характеристики M=f(s и) (рис. 7.1) для моментов, посчитанных на естественной характеристике, находя новые значения s и.

Уменьшение напряжения, подводимого к статору двигателя

Электромагнитный вращающий момент асинхронной машины пропорционален квадрату напряжения статора:

где m 1 - число фаз статора;

U 1ф - фазное напряжение статора, В;

R 2 - приведенное активное сопротивление всей цепи ротора, Ом;

х 2 - приведенное реактивное сопротивление ротора, Ом;

R 1 , x 1 - активное и реактивное сопротивления статора, Ом.

Следовательно, будет справедливо следующее соотношение:

В данном курсовом проекте требуется построить механические характеристики АД (рис. 7.2) при напряжении статора и. Для этого необходимо пересчитать моменты двигателя на каждой характеристике при неизменных значениях скольжения:

Изменение частоты тока статора

В данном курсовом проекте требуется построить механические характеристики АД для частоты f 1 =25 Гц и f 2 =75 Гц. Для того, чтобы, должно соблюдаться условие: , определяем сначала значение скорости идеального холостого хода для нового значения частоты:

Определяем значение критическое скольжение для нового значения частоты:

где - значение частоты в относительных единицах (для f 1 =25 Гц; а для f 1 =75 Гц).

Т.к. критический момент остается постоянным, номинальный момент также не изменяется, следовательно, и перегрузочная способность двигателя остается прежней. Рассчитать номинальное скольжение двигателя можно, выразив его из уравнения:

8. Разработка принципиальной электрической схемы электропривода

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется с введенными резисторами в цепи ротора. Резисторы в цепи ротора служат для ограничения токов не только в процессе пуска, но и при реверсе, торможении, а также при снижении скорости.

По мере разгона двигателя для поддержания ускорения привода резисторы выводятся. Когда пуск закончится, резисторы полностью шунтируются, и двигатель перейдет работать на естественную механическую характеристику.

На рис. 8.1 приведена схема асинхронного двигателя с фазным ротором, где с помощью релейно-контакторной аппаратуры осуществляется пуск двигателя в две ступени, причем напряжение подается одновременно на силовые цепи и цепи управления с помощью выключателя QF.

Управление двигателем осуществляется в функции времени. При подаче напряжения в цепь управления реле времени КТ1, КТ2, KT3 срабатывают и размыкают свои контакты. Далее нажимается кнопка SBС1 «Пуск». Это приводит к срабатыванию контактора КМ1 и пуску двигателя с резисторами, введенными в цепи ротора, так как контакторы КМ3, КМ4, КМ5 питания не получают. При включении контактора КМ1 реле КТ1 теряет питание и замыкает свой контакт в цепи контактора КМ3 через промежуток времени, равный выдержке времени реле КТ1. По истечении указанного времени включается контактор КМ3, шунтирующий первую пусковую ступень резисторов. Одновременно размыкается контакт КМ3 в цепи реле КТ2. Реле КТ2 теряет питание и с выдержкой времени замыкает свой контакт в цепи контактора КМ4, который срабатывает через промежуток, равный выдержке времени реле КТ2, и шунтирует вторую ступень резисторов в цепи ротора. Одновременно размыкается контакт КМ4 в цепи реле КТ3. Реле КТ3 теряет питание и с выдержкой времени замыкает свой контакт в цепи контактора КМ5, который срабатывает через промежуток, равный выдержке времени реле КТ3, и шунтирует вторую ступень резисторов в цепи ротора.

Динамическое торможение осуществляется отключением двигателя от сети трехфазного тока и подсоединением обмотки статора к сети постоянного тока. Магнитный поток в обмотках статора, взаимодействуя с током ротора, создает тормозной момент.

Для остановки двигателя нажимается кнопка SBТ «Стоп». Контактор КМ1 обесточивается, размыкая свои контакты в силовой цепи двигателя.

Одновременно с этим замыкается контакт КМ1 в цепи контактора КМ6, вследствие чего контактор КМ6 срабатывает и замыкает свои силовые контакты в цепи постоянного тока. Обмотка статора двигателя отключается от трехфазной сети и подключается к сети постоянного тока. Двигатель переходит в режим динамического торможения. В схеме применено реле времени с выдержкой времени при размыкании.

При скорости, близкой к нулю, контакт КТ размыкается, вследствие чего контактор КМ6 обесточивается и двигатель отключается от сети.

Интенсивность торможения регулируется с помощью резистора R. В схеме применена блокировка с помощью размыкающих контактов КМ1 и КМ6 для невозможности включения статора двигателя одновременно в сеть постоянного и трехфазного тока.

Заключение

В данном курсовом проекте мы осуществили: предварительный выбор двигателя; осуществили построение тахограммы и нагрузочной диаграммы; выполнили проверку двигателя по нагреву и на перегрузочную способность; произвели расчет статических механических характеристик электропривода, переходных процессов и динамических характеристик, искусственных механических характеристик; а так же произвели разработку принципиальной электрической схемы электропривода.

При использовании регулируемого электропривода экономия электроэнергии достигается за счет следующих мероприятий:

Снижение потерь в трубопроводах;

Снижение потерь на дросселирование в регулирующих устройствах;

Поддержание оптимального гидравлического режима в сетях;

Устранение влияния холостого хода электродвигателя.

Список использованных источников

1. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. - М.: Энергия, 1977. - 472 с.

2. Чиликин М.Г. «Общий курс электропривода». - М.: Энергия 1981 г.

3. Крановое электрооборудование: Справочник/ Ю.В. Алексеев,

А.П. Богословский. - М.: Энергия, 1979 г.

Подобные документы

Описание металлической заготовки детали, выбор станка. Расчет и построение нагрузочной диаграммы главного электропривода. Проверка электродвигателя главного электропривода по нагреву. Построение нагрузочной диаграммы и тахограммы привода подачи.

курсовая работа , добавлен 12.04.2015


Режимы работы крановых механизмов. Выбор типа электропривода, двигателя и силового преобразователя. Общие сведения о применениях различных электроприводов, расчет тахограммы и нагрузочной диаграммы. Проверка выбранного двигателя по нагреву и перегрузке.

дипломная работа , добавлен 08.03.2015


Определение времени цикла, пуска и остановки электродвигателя. Построение нагрузочной диаграммы механизма. Проверка выбранного двигателя по нагреву, на нагрузочную способность. Выбор преобразователя частоты и его обоснование. Механическая характеристика.

курсовая работа , добавлен 25.12.2011


Выбор двигателя и редуктора. Резание на токарно-отрезных станках. Работа двигателя при торцевой подрезке. Расчет статических и динамических усилий в механизме и построение упрощенной нагрузочной диаграммы. Расчет потребной мощности и выбор двигателя.

контрольная работа , добавлен 25.01.2012


Описание конструкции пассажирского лифта и технологического процесса его работы. Проектирование электропривода: выбор рода тока и типа электропривода; расчет мощности двигателя; определение момента к валу двигателя; проверка по нагреву и перегрузке.

курсовая работа , добавлен 16.11.2010


Разработка разомкнутой системы электропривода рабочего механизма (подъем стрелы карьерного гусеничного экскаватора). Выбор двигателя и определение каталожных данных. Расчет сопротивлений реостатов и режимов торможения. Проверка двигателя по нагреву.

курсовая работа , добавлен 13.08.2014


Выбор типа электропривода и электродвигателя. Расчет нагрузочной диаграммы электродвигателя. Проверка двигателя по нагреву. Принципиальная электрическая схема силовой части. Переход к системе относительных единиц. Передаточная функция регулятора тока.

курсовая работа , добавлен 27.10.2008


Механические буровые установки глубокого бурения. Выбор двигателя, построение уточненной нагрузочной диаграммы. Расчет переходных процессов в разомкнутой системе, динамических показателей электропривода и возможности демпфирования упругих колебаний.

дипломная работа , добавлен 30.06.2012


Предварительный расчет мощности электродвигателя, определение передаточного числа редуктора. Построение тахограммы и нагрузочных диаграмм, проверка двигателя по перегрузочной способности и мощности. Расчет и построение механических характеристик привода.

курсовая работа , добавлен 24.09.2010


Предварительный выбор мощности и типа электродвигателя. Расчет и построение статических естественных механических характеристик электродвигатели для различных режимов его работы. Выбор электрической схемы электропривода и ее элементов, проверка двигателя.

В общем случае основа расчета мощности двигателя электропривода - нагрузочная диаграмма (рис. 1.32), которую рассчитывают или определяют экспериментально. На основании нагрузочной диаграммы методом эквивалентных величин рассчитывают постоянную эквивалентную нагрузку (1.114), действующую на валу двигателя ЭП. Далее с учетом возможных технологических пауз в работе ЭП рассчитывают требуемый номинальный показатель нагрузки электродвигателя:

где L„ - номинальный показатель нагрузки двигателя; L*, - эквивалентный показатель нагрузочной диаграммы, рассчитанный по (1.114); р„ - коэффициент механической (токовой pj= / кр // н) перегрузки двигателя, р м = Р кр /Р н, Р кр (/ кр) - кратковременно допускаемая мощность (ток) двигателя, Р н (/ н) - номинальная мощность (ток) двигателя.

В длительном режиме работы S1, когда продолжительность непрерывной работы двигателя ЭП превышает 90 мин и двигатель полностью использован по нагреву, достигнув установившейся температуры, значение коэффициента р м = 1.

Если режим работы электродвигателя отличается от длительного S1, то с учетом возможных технологических пауз в работе его коэффициент механической (токовой) перегрузки р м рассчитывают через коэффициент тепловой перегрузки pj, который представляет собой отношение повышенных кратковременных потерь мощности Л/™ в двигателе к его номинальным АР Н, то есть Pj = АР кр /АР н. На основании (1.118) коэффициент тепловой перегрузки двигателя можно выразить в виде:

Из (1.130) получаем взаимосвязь между коэффициентами механической (токовой) и тепловой перегрузок:

где а = &Р С /ЬР ЭЯМ - отношение постоянных потерь мощности в двигателе к номинальным переменным (электрическим потерям), см. подразд. 1.5.3.

С учетом занижения неустановившихся расчетных температур двигателя по общей теории нагрева из-за принятых допущений целесообразно для компенсации возникающей погрешности считать, что все потери мощности в электродвигателе переменные. То есть АР с = 0 и а = 0. Тогда формулу (1.131) можно привести к более простому виду:

Если в общем случае периоды нагрузки электродвигателя чередуются с его периодическими отключениями, то при правильно выбранной мощности двигателя его превышение температуры должно изменяться от некоторого начального значения Ф 0 до нормированного Ф Н орм Для соответствующего класса нагревостойкости изоляции. Исходя из этого и используя формулы (1.117) и (1.121) с учетом соотношения (1.124), можно записать:

Подставляя значение О 0 из (1.134) в (1.133) и учитывая, что отношение О у /$ н =р т = &Р кр /АР Н1 получим формулу расчета коэффициента тепловой перегрузки в общем виде:

где е = 2,718; / ра б, "откл - продолжительности работы и отключенного состояния электродвигателя или работы на холостом ходу для режима S6, мин; 0 О - 0,5 - коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи самовентилируемых двигателей закрытого обдуваемого исполнения в отключенном состоянии (при работе на холостом ходу в режиме S6 р 0 = 1); Т нац> - постоянная времени нагрева электродвигателя, мин. Для большинства электродвигателей постоянная времени нагрева Г наГ р = 15...25 мин и при предварительном расчете мощности двигателя по допустимому нагреву может быть принята на уровне 7" наф = 20 мин. После выбора электродвигателя среднее значение постоянной времени нагрева (мин) может быть уточнено по формуле (1.122).

Дальнейший переход от коэффициента тепловой перегрузки р т к коэффициентам токовой р г и механической р м перегрузок ведут по рассмотренным ранее формулам (1.131), (1.132), а определение необходимой мощности электродвигателя по соотношению (1.129) с предварительным расчетом эквивалентной мощности нагрузки по (1.114).

Для кратковременного режима работы S2, когда в течение технологических пауз в работе электродвигатель полностью охлаждается до температуры окружающей среды, то есть /о™ -> ©о, то по формуле (1.135) получим более простое соотношение:

В длительном режиме работы S1 /раб-» 00 и согласно (1.135) р т = 1, то есть электродвигатель не допускает тепловой перегрузки.

Окончательно правильность расчета по методу эквивалентных величин уточняют по методу средних потерь. Для правильно выбранного по допустимому нагреву электродвигателя должно выполняться условие:

где A/> C p - средние потери мощности в двигателе при работе, Вт;

где ДPi, /,- потери мощности и продолжительность нагрузки двигателя на /-м участке нагрузочной диаграммы.

Потери мощности на участках нагрузочной диаграммы, преобразованной к виду Р= fit), равны:

где т- частичный КПД электродвигателя при Р, нагрузке на валу, определяют по рабочей характеристике двигателя ч* = ЛЛ/А) или П Р И отсутствии таковой рассчитывают по формуле

где а -отношение постоянных потерь мощности в двигателе к его номинальным переменным потерям (коэффициент потерь), а = Д/уд/Ц.,: для электродвигателей общего назначения а = 0,5...0,7, для крановых- а = 0,6...1,0; х- степень загрузки двигателя, х= PJP H .

Постоянные потери мощности АР с, которые выделяются в двигателе при работе на холостом ходу (Д = 0, л = 0) и которые необходимо учитывать, например в режиме S6 при расчете средних потерь по (1.138), рассчитывают по формуле

Для повышения точности теплового расчета мощности АД общего применения продолжительного режима S1 для использования в кратковременном S2 или повторно-кратковременном S3 режимах работы целесообразно воспользоваться номограммой рисунка 1.34, рассчитанной автором с учетом непостоянства тепловых параметров АД. При этом установившееся значение Т н у, так называемой «постоянной времени нагрева», рассчитывают по среднему значению Т иагр, вычисляемому по формуле (1.122): Т н у = (4/3)r Har p.

При отсутствии данных о токе холостого хода АД его относительное значение рассчитывают по (1.34).

Порядок пользования номограммой для определения коэффициентов перегрузок показан пунктирными линиями. Необходимую мощность двигателя ЭП рассчитывают на основании обоб-

Рис. 1.34. Номограмма для определения коэффициентов перегрузок АД продолжительного режима нагрузки S1 при работе в режимах кратковременном S2 и повторнократковременном S3

щенной расчетной формулы (1.129) с использованием эквивалентной (среднеквадратической) мощности, определенной по нагрузочной диаграмме двигателя.

При использовании специальных электродвигателей, когда в режим работы S2 ставится двигатель режима S2, в режим S3 - двигатель режима S3, а в режим S6 - двигатель режима S6, расчет номинальной мощности Р н двигателя ведется по формулам соответственно:

где Р х - эквивалентная мощность на валу двигателя за период нагрузки; ПВ Д, ПН Х -длительность рабочего периода по нагрузочной диаграмме; /ра бн, ПВ норм, ПН норм -длительность рабочего периода стандартная (нормированная).

В случае использования электродвигателя длительного режима нагрузки S1 в повторно-кратковременном режиме S3 его можно трактовать как электродвигатель режима нагрузки S3 со стандартным значением ПВ норм = 100%. При этом необходимо учитывать ухудшение теплоотдачи двигателя в отключенном состоянии и при перерасчете по формуле (1.143) пользоваться так называемой приведенной продолжительностью включения с использованием значения коэффициента р 0.