Электропривод механизма подъема циклического действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Целью курсового проекта является расширение» углубление и закрепление знаний, полученных студентами на лекциях и лабораторных занятиях, а также приобретение навыков самостоятельной работы.

В качестве темы курсового проекта принимается электропривод механизма подъема циклического действия.

Для более полного охвата материала основных разделов дисциплины в каждом проекте рассматривается два варианта привода: от двигателя постоянного тока независимого возбуждения и асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Механическая система может быть представлена или как абсолютно жесткая или с учетом упругости элементов.

В методических указаниях даются практические рекомендации по выполнению задания на проектирование и формулируются требования к оформлению проекта. Это должно помочь студенту в его самостоятельной работе и позволяет унифицировать требования к содержанию, объему и оформлению проекта.

При выполнении курсового проекта предполагается использование средств вычислительной техники.

Методические указания составлены с учетом существующей тенденции увеличения доли и совершенствования организации самостоятельной работы студентов.

Студент полностью отвечает за принятые в проекте решения, правильность выполнения расчетов и литературное изложение пояснительной записки.

Методические указания предназначены для двух специализации специальности 2105 "Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов" I "Системы программного управления промышленными установками и робототехническими комплексами

1. Исходные данные к проекту

В проекте рассматривается два варианта привода: от двигателя постоянного тока независимого возбуждения и от асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Двигатели низковольтные крановые или краново-металлургические.

Расчетная схема электропривода показана на рис. 1.1, где Д - двигатель; ПУ - передаточное устройство; РО - рабочий орган; СМ1 и СМ2 - соединительные муфты; М и Мр - моменты на валу двигателя и рабочего органа; д и р - угловые скорости двигателя и рабочего органа; Jд и Jр - моменты инерции двигателя и рабочего органа; J_M1 и J_M2 - моменты инерции муфт; i - передаточное число ПУ; - КПД ПУ; С₁ и С₂ - коэффициенты жесткости.

Рис.1.1. Расчетная схема электропривода

Нагрузочная диаграмма механизма приведена на рис. 1.2, где t_p1, t_p2 - время работы; t_п1, t_п2 - время паузы; Тц - время цикла.

Рис. 1.2. Нагрузочная диаграмма механизма

На рис. 1.3 показана упрощенная диаграмма скорости. Участок t_p1 соответствует подъему и опусканию груза при моменте нагрузки М_р1, а t_p2 - при моменте нагрузки М_р2.

Рис. 1.3. Диаграмма скорости

Режим работы - повторно-кратковременный.

Перечень исходных данных к курсовому проекту приведен в табл. 1.1

Таблица 1.1 Перечень исходных данных

пп	Наименование величин	Буквенное обозначен.	Численное значение	Единицы измерений
I	Моменты нагрузки (сопротивления) на валу рабочего органа	Мр1 Мр2	4500 450	Н·м Н·м
2	Угловая скорость рабочего органа	р	3,0	рад/с
3	Момент инерции рабочего органа	Jр1 Jр2	330 180	кг·м2 кг·м2
4	КПД передаточного устройства при моменте нагрузки Мр1	п1	0,75	-
5	Коэффициент жесткости упругого элемента на валу двигателя	С1	0,6*103	Н·м/рад
6	Коэффициент жесткости упругого элемента на валу рабочего органа	С2	?	Н·м/рад
7	Время цикла	Тц	50	с
8	Продолжительность включения механизма	ПВМ	47	%

2. Предварительный выбор мощности двигателя

Мощность двигателя предварительно выбирается ориентировочно, а затем после расчета переходных процессов и построения нагрузочной диаграммы двигателя производится проверка по нагреву.

Мощность двигателя определяется по нагрузочной диаграмме механизма (рис.1.2).

Эквивалентный момент на валу рабочего органа

, Н м.

Время работы, с:

;

.

Эквивалентная мощность на валу рабочего органа, кВт:

.

Эквивалентная мощность на валу двигателя, кВт:

Расшифровка параметров, входящих в уравнения (2.1) - (2.4), дана в табл. 1.1.

Расчетная мощность на валу двигателя при заданной продолжительности включения механизма, кВт:

кВт.

где - коэффициент запаса, учитывающий влияние динамических нагрузок и других, неучтенных при расчетах факторов, в частности ухудшение условий теплоотдачи двигателя при пониженной скорости.

Принимаемое значение зависит от величины коэффициента инерции F1, под которым понимается отношение суммы приведенного к валу двигателя момента инерции системы к моменту инерции двигателя, а также от соотношения времени переходных и установившихся процессов. При F1 до 1,2 рекомендуется принимать , при F1>1,2 - .

Поскольку величина коэффициента инерции пока не известна, то на этапе предварительного выбора мощности двигателя рекомендуется принимать .

Принимаем .

Приведение расчетной мощности Ррасч к стандартной (каталожной) продолжительности включения ПВн выполняется по формуле:

кВт.

где Р_КАТ - модность на валу двигателя, приведенная к стандартной продолжительности включения ПВн.

Принимаем ПВн=25% (т.к. это целесообразно для привода механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме).

Далее по каталогу производится выбор мощности двигателя постоянного тока независимого возбуждения и асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, удовлетворяющий соотношению:

,

где Р_Н - номинальная мощность двигателя, указанная в каталоге при принятом в расчете ПВн.

Выбор двигателей постоянного и переменного тока необходимо производить таким образом, чтобы их номинальные частоты вращения были близки. Это обеспечит незначительное расхождение диаграмм скорости для обоих вариантов при неизменном передаточном числе.

Выбираем по каталогу краново-металлургический двигатель постоянного тока независимого возбуждения типа МП, 220В, ПВ=25%:

Двигатель МП-51:

Номинальная мощность двигателя Р_Н=23 кВт;

Номинальное напряжение U_Н=220 В;

Номинальная частота вращения n_Н=600 об/мин;

Номинальный ток якоря I_Н=120 А;

Сопротивление якоря r_я=0,0845 Ом;

Сопротивление параллельной обмотки r_пар=62 Ом;

Число активных проводников якоря N=420;

Число параллельных ветвей 2а=2;

Число витков полюса параллельной обмотки w=1825;

Магнитный поток полюса Ф полезный Ф=24,5 мВб;

Номинальный ток возбуждения параллельной обмотки I_{н возб}=2,55 А;

Момент инерции якоря J=3,03 кг*м²;

Выбираем по каталогу краново-металлургический асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа МТКН, 380/220В, 50Гц, ПВ=25%:

Двигатель МТКН 412-8:

Номинальная мощность двигателя Р_Н=26 кВт;

Номинальная частота вращения n_Н=690 об/мин;

Отношение Мк/Мн Мк/Мн = 2,8

Отношение Мк/Мн Мк/Мн = 2,6

Момент инерции ротора J=3,0 кг*м²;

3. Приведение статических моментов и моментов инерции к валу двигателя

Как уже отмечалось, в качестве производственного механизма принят механизм подъема. Статические моменты, приведенные к валу двигателя, для случая подъема груза (участки t₁, t₂, t₃ и t₉, t₁₀, t₁₁ на рис.1.3):

Н·м;

Н·м.

Для случая спуска груза (участки t₄, t₅, t_6, t₇ и t₁₂, t₁₃, t₁₄ на рис. 1.3):

В приведенных выражениях: М_Р1, М_Р2 - моменты сопротивления на валу механизма; i - передаточное число передаточного устройства; _п1, _п2 - КПД передаточного устройства соответственно при передаче моментов нагрузки М_Р1, М_Р2.

Предполагается, что при моменте нагрузки М_Р2 имеет место силовой спуск.

Передаточное число находится по формуле:

.

где - номинальная угловая скорость двигателя, рад/с;

- угловая скорость выходного вала механизма, рад/с;

- номинальная частота вращения выбранного двигателя постоянного тока независимого возбуждения, об/мин (для варианта привода от асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором передаточное число останется тем же, что и для варианта привода от двигателя постоянного тока).

КПД передаточного устройства при моменте нагрузки М_Р1 принимается равным заданному в исходных данных (см. табл. 1.1). КПД передаточного устройства при моменте нагрузки М_Р2 определяется по кривым рис. 4.1(методички) в зависимости от коэффициента загрузки.

Приведенные моменты инерции системы для обоих вариантов привода определяются для моментов нагрузки М_Р1 и М_Р2:

для двигателя постоянного тока:

кг*м²

кг*м²

для асинхронного двигателя:

кг*м²

кг*м²

где - приведенные к валу двигателя моменты инерции системы соответственно при моментах нагрузки М_Р1 и М_Р2 ; - коэффициент, учитывающий момент инерции передаточного устройства (принимаем ); - момент инерции соответствующего (постоянного тока и асинхронного) двигателя;

кг*м²;

кг*м²;

кг*м²;

кг*м².

- моменты инерции рабочего механизма соответственно при моментах нагрузки М_Р1 и М_Р2;-передаточное число передаточного механизма.

4. Построение механических характеристик электродвигателя и расчет сопротивлений

4.1 Двигатель постоянного тока независимого возбуждения

Построение естественной механической характеристики двигателя, которая представляет собой прямую линию, удобно производить по двум точкам, одна из которых соответствует номинальным значениям момента М_H и скорости , а вторая - скорости идеального холостого хода (см. рис.4.2).

Номинальный момент двигателя вычисляется по паспортным данным:

а) на валу:

.

б) электромагнитный:

.

где - номинальная мощность двигателя, кВт;

- номинальная частота вращения, об/мин;

- конструктивный коэффициент.

Номинальная угловая скорость двигателя:

 с^-1

Скорость идеального холостого хода

.

где - номинальное напряжение, В ;

ф - магнитный поток, Вб ;

- номинальный ток якоря, А.

Различают форсированный и нормальный пуски. Форсированный пуск (как в нашем случае) применяется для напряженно работающих приводов с большим числом включений в час.

На рис.4.1 приведена схема включения сопротивлений и обозначения основных величин, необходимых при расчете. Сопротивления - называются сопротивлениями ступени; сопротивления - сопротивлениями секции.

Рис. 4.1. Схема включения сопротивлений

Если в процессе пуска двигателя момент статического сопротивления постоянен, что имеет место в большинстве практических случаев, то моменты переключения М₁ и М₂ выбираются одинаковыми на всех ступенях (рис. 4. 2).

Построение пусковых и тормозных характеристик производится в следующем порядке.

Задаются максимально допустимым моментом двигателя при пуске

Для заданного числа ступеней пускового реостата m находят отношение пускового момента M₁ к моменту переключения M₂

При контакторном управлении рекомендуется принимать для двигателей малой мощности (до 10 кВт) число ступеней m=2...3, а для двигателей средней мощности (до 50 кВт) - m=3…4.

принимаем m=3

где - сопротивление якорной цепи на первой ступени пускового реостата.

Находим момент переключения

При этом должно соблюдаться условие: . Это условие выполняется.

По найденным значениям М₁ и М₂ строятся, как показано на рис.4.2, пусковые характеристики для подъема и спуска груза.



Рис. 4.2. Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

Характеристика торможения противовключением IV строится по заданному начальному значению тормозного момента

Расчет пусковых сопротивлений можно произвести аналитически по выражению

Ом;

Ом;

Ом,

или графически с помощью метода отрезков, согласно которого отрезок 1-8 (рис.4.2) пропорционален сопротивлению

Ом

При этом масштаб сопротивлений будет

где - длина отрезка 1 - 8, мм. Отрезки 3-8 и 5-8 пропорциональны соответственно и

Поэтому:

Ом,

Ом.

Графическим способом с помощью метода отрезков находится также сопротивление цепи якоря для характеристики противовключения:

Ом.

По найденным значениям сопротивлений находят добавочные сопротивления для каждой секции:

Ом,

Ом,

Ом.

4.2 Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Для расчета естественной механической характеристики в двигательном режиме и в режимах электрического торможения (рекуперативное и противовключение) используется уравнение

где М - вращающий момент двигателя, Н*м;

-максимальный (критический) момент двигателя, Н*м;

- перегрузочная способность двигателя;

- номинальный момент двигателя, Н*м;

-синхронная частота вращения двигателя, об/мин;

- частота вращения двигателя, об/мин;

- синхронная угловая скорость двигателя, рад/с;

-угловая скорость двигателя, рад/с;

- частота сети, Гц;

р=4 - число пар полюсов;

- отношение активного сопротивления статора к сопротивлению ротора, приведенного к обмотке статора, ;

- критическое скольжение.

Угловая скорость двигателя



Критическое скольжение

где - номинальное скольжение.

Задаваясь значениями скольжения в пределах от -0,2 до 2,2 , находят по уравнениям (4.14) и (4.15) соответствующие значения момента и угловой скорости и строят механическую характеристику двигателя для трех режимов: рекуперативного , двигательного , противовключения .

Результаты расчета каждого режима сведены в таблицу 4.1.

Режим работы двигателя	s	щ	M
Рекуперативное	-0,2	94,2	-1176,47
торможение	-0,1	86,35	-591,269
	0	78,5	0
	0,1	70,65	465,3411
	0,2	62,8	764,7112
	0,3	54,95	925,8838
Двигательный	0,4	47,1	994,2078
	0,5	39,25	1007,083
	0,6	31,4	989,3246
	0,7	23,55	955,8889
	0,8	15,7	915,3647
	0,9	7,85	872,5394
	1	0	830,0043
	1,1	-7,85	789,1009
	1,2	-15,7	750,4654
	1,3	-23,55	714,3401
	1,4	-31,4	680,7509
Торможение противовключением	1,5	-39,25	649,609
	1,6	-47,1	620,7691
	1,7	-54,95	594,0625
	1,8	-62,8	569,3152
	1,9	-70,65	546,3582
	2	-78,5	525,0324
	2,1	-86,35	505,1911
	2,2	-94,2	486,7004

Вид механической характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором приведен на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Механические характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

5. Расчет переходных процессов и построение нагрузочной диаграммы двигателя

5.1 Расчет переходных процессов двигателя постоянного тока

Общие сведения

Расчет механических переходных процессов для различных режимов (пуск, реверс, торможение) двигателя постоянного тока с линейной механической характеристикой при M_C=const производится с помощью уравнений:

где - начальные и конечные значения угловой скорости и момента на соответствующей механической характеристике, - электромеханическая постоянная времени;- момент инерции системы, приведенный к валу двигателя;- сопротивление якоря для соответствующей характеристики.

Приведенные выражения могут использоваться для расчета переходных процессов в различных режимах (пуск, реверс, торможение). В каждом конкретном случае необходимо определить электромеханическую постоянную времени, а также начальные и конечные значения переменных.

Пуск двигателя при M_c=M_c1

Для расчета изменения во времени угловой скорости и момента двигателя на любой пусковой характеристике справедливы выражения (5.1) и (5.2) с учетом соответствующих граничных условий. Согласно рис. 4.2 для первой пусковой характеристики при М_С граничными условиями будут:



При этом выражения для скорости и момента в соответствии с (5.1) и (5.2) принимают вид

где - электромеханическая постоянная времени.

Время переходного процесса на соответствующей ступени при изменении момента от M₁ до M₂ определяется по формуле

Задаваясь несколькими значениями времени t в пределах от нуля до t₁ рассчитывают зависимости и на первой пусковой характеристике.

Аналогично рассчитываются кривые переходных процессов при разгоне двигателя на остальных пусковых характеристиках. Причем на любой из характеристик конечное значение скорости для предыдущей ступени является начальным значением для последующей.

Отсчет времени на каждой ступени начинается с нулевого значения.

Рассчитаем электромеханические постоянные времени и время переходного процесса для каждой ступени.



Время переходного процесса на естественной характеристике получается равным бесконечности. Для практических расчетов принимают

Расчеты зависимостей и сводятся в табл. 5.1

Торможение противовключением при подъеме и тормозной спуск груза M_c=M_c1.

Торможение противовключением осуществляется изменением полярности напряжения на якоре. Так как якорь по инерции вращается в прежнем направлении, то ЭДС двигателя будет направлена не против напряжения сети, как в предшествующем двигательном режиме, а согласно ему. Для ограничения тока в цепь якоря включается максимальное добавочное сопротивление, и двигатель работает на характеристике IV, участок 9-10 (см. рис. 4. 2). Начальное значение скорости при торможении равно установившейся скорости предшествующего двигательного режима .

После остановки двигателя (точка 10) под действием суммарного момента двигателя и нагрузки происходит разгон в обратном направлении (спуск груза) по характеристикам III, II, I и естественной.

При имеет место рекуперативное торможение на естественной характеристике до установившейся скорости , при которой происходит спуск груза.

Расчет переходных процессов при торможении противовключением производится на основании тех же исходных выражений (5.1) и (5.2), что и при пуске двигателя, но с учетом своих начальных и конечных значений переменных.

Согласно рис. 4.2 при торможении противовключением имеем:

C учетом этих значений получим

где - электромеханическая постоянная времени для характеристики противовключения.

Время торможения

Задаваясь несколькими значениями t в пределах от нуля до t_T рассчитывают зависимости и при торможении противовключением. Результаты расчета сводятся в табл. 5.1.

Аналогичным образом рассчитываются переходные процессы при разгоне двигателя в обратном направлении (спуск груза). При этом постоянные времени на соответствующих характеристиках при подъеме и спуске груза будут равны. Начальные и конечные значении переменных определяются по соответствующей характеристике (см. рис.4.2).

Время разгона (спуска груза) на соответствующей ступени при активном моменте сопротивления M_c1, находится из выражения

Для каждой ступени определяется время разгона и, задаваясь несколькими значениями t в пределах от нуля до t_i, рассчитывают кривые переходного процесса.

Результаты расчета сводятся в табл. 5.1. Вид кривых переходного процесса показан на рис. 5.1. При торможении противовключением при тормозном спуске груза M_c=M_c1.



Пуск двигателя при M_c=M_c2.

электромеханическая постоянная времени на первой ступени (характеристика III рис.4.2).

Время переходного процесса на соответствующей ступени при изменении момента от M₁ до M₂ определяется по формуле

Рассчитаем электромеханические постоянные времени и время переходного процесса для каждой ступени.

Для каждой ступени определяется время разгона и, задаваясь несколькими значениями t в пределах от нуля до t_i, рассчитывают кривые переходного процесса.



Время переходного процесса на естественной характеристике получается равным бесконечности. Для практических расчетов принимают

Торможение противовключением при подъеме и тормозной спуск груза M_c=M_c2.

- электромеханическая постоянная времени для характеристики противовключения.

Время торможения

Задаваясь несколькими значениями t в пределах от нуля до t_T рассчитывают зависимости и при торможении противовключением. Результаты расчета сводятся в табл. 5.1.

Аналогичным образом рассчитываются переходные процессы при разгоне двигателя в обратном направлении (спуск груза). При этом постоянные времени на соответствующих характеристиках при подъеме и спуске груза будут равны. Начальные и конечные значении переменных определяются по соответствующей характеристике (см. рис.4.2).

Время разгона (спуска груза) на соответствующей ступени при активном моменте сопротивления M_c2, находится из выражения

Для каждой ступени определяется время разгона и, задаваясь несколькими значениями t в пределах от нуля до t_i, рассчитывают кривые переходного процесса.

Результаты расчета сводятся в табл. 5.1. Вид кривых переходного процесса показан на рис. 5.1.

При торможении противовключением при тормозном спуске груза M_c=M_c2.

Для каждого режима работы расчет переходных процессов сводится в табл. 5.1. По результатам расчетов строятся зависимости и , вид которых показан на рис. 5.1.

Зависимость является нагрузочной диаграммой двигателя.

гдеt₁ = 0,456+0,214+0,1+0,126 = 0,896 с;

t₃ = 0,32 c;

t_4-5 = 0,186+0,087+0,028+0,04 = 0,44 c;

t₇ = 0,65 c;

Время установившегося движения, например t₂ и t₆ , определяется как

t₂ = t₆ = ( t_p1 - t₁ - t₃ - t_4-5 - t₇ ) / 2 = 4,72 c.

где t₁, t₃, t_4-5, t_7, - время переходного процесса при спуске и торможении (см. рисунки 1.3 и 5.1).

t₉ = 0,234+0,11+0,052+0,11 = 0,51 с;

t₁₁ = 0,398 c;

t₁₂ = 0,22+0,1+0,047+0,116 = 0,48 c;

t₁₄ = 0,43 c;

Время установившегося движения, например t₁₀ и t₁₃ , определяется как

t₁₀ = t₁₃ = ( t_p2 - t₉ - t₁₁ - t₁₂ - t₁₄ ) / 2 = 4,96 c.

где t₉, t₁₁, t₁₂, t_14, - время переходного процесса при спуске и торможении (см. рисунки 1.3 и 5.1).

Табл. 5.1.

N ступени режим работы	Tmi	Mci	Mначі	щначі	щсі	t	щ	M
1			0,304	286,6	902,26	0	44,89	0	0	902,26433
								0,0912	11,638989	742,64239
								0,182399	20,260245	624,40691
								0,273599	26,646198	536,82728
								0,364799	31,376415	471,95513
								0,455998	34,88019	423,9029
2			0,143	286,6	902,26	34,9	56	0	34,88019	902,26433
								0,042836	40,356092	742,64239
								0,085672	44,412213	624,40691
								0,128509	47,416671	536,82728
								0,171345	49,64214	471,95513
								0,214181	51,290593	423,9029
3			0,067	286,6	902,26	51,3	61,18	0	51,290593	902,26433
								0,020036	53,854699	742,64239
								0,040073	55,753988	624,40691
								0,060109	57,160834	536,82728
								0,080145	58,202915	471,95513
								0,100181	58,974808	423,9029
е			0,032	286,6	902,26	59	63,63	0	58,974808	902,26433
								0,012605	60,509531	699,30012
								0,02521	61,538287	563,24914
								0,037815	62,227883	472,05145
								0,05042	62,690133	410,9198
								0,063025	62,999988	369,94203
								0,07563	63,20769	342,47382
								0,088235	63,346917	324,06132
								0,10084	63,440244	311,71905
								0,113445	63,502803	303,44578
								0,12605	63,544737	297,90005
0,687	286,6	-802	63,5	-112	0	63,544737	-802
Торм.								0,063799	47,979596	-705,4742
								0,127597	33,79458	-617,5072
								0,191396	20,867316	-537,34
								0,255194	9,0862824	-464,281
								0,318993	-1,650155	-397,7
1			0,304	143,3	-902,3	0	-76,4	0	0	-902,2643
								0,037168	-8,79495	-781,8848
								0,074336	-16,57732	-675,3648
								0,111504	-23,46368	-581,1087
								0,148673	-29,55721	-497,7046
								0,185841	-34,94917	-423,9029
2			0,143	143,3	-902,3	-35	-70,8	0	-34,94917	-902,2643
								0,017458	-39,0733	-781,8848
								0,034916	-42,72261	-675,3648
								0,052373	-45,95177	-581,1087
								0,069831	-48,80915	-497,7046
								0,087289	-51,33755	-423,9029
3			0,067	143,3	-902,3	-51	-68,1	0	-51,33755	-902,2643
								0,008166	-53,27205	-781,8848
								0,016331	-54,98383	-675,3648
								0,024497	-56,49853	-581,1087
								0,032663	-57,83884	-497,7046
								0,040829	-59,02484	-423,9029
е			0,032	143,3	-902,3	-59	-66,9	0	-59,02484	-902,2643
								0,012605	-61,62112	-557,5587
								0,02521	-63,36146	-326,4957
								0,037815	-64,52805	-171,6095
								0,05042	-65,31003	-67,78614
								0,063025	-65,83421	1,8087192
								0,07563	-66,18558	48,459548
								0,088235	-66,42111	79,730534
								0,10084	-66,57899	100,6921
								0,113445	-66,68482	114,74306
								0,12605	-66,75576	124,1617
Торм.			0,687	143,3	802	-67	42,09	0	-66,75576	802
								0,130746	-47,89598	687,86872
								0,261492	-32,30405	593,51303
								0,392238	-19,41375	515,50642
								0,522984	-8,756953	451,01607
								0,65373	0,0533321	397,7
1			0,279	61,42	902,26	0	61,1	0	0	902,26433
								0,046933	9,4636345	772,02786
								0,093867	17,461469	661,96341
								0,1408	24,220538	568,94658
								0,187733	29,93271	490,33691
								0,234667	34,760138	423,9029
2			0,131	61,42	902,26	34,8	63,6	0	34,760138	902,26433
								0,022044	39,227076	772,02786
								0,044089	43,002141	661,96341
								0,066133	46,192494	568,94658
								0,088178	48,888702	490,33691
								0,110222	51,1673	423,9029
3			0,061	61,42	902,26	51,2	64,8	0	51,1673	902,26433
								0,010311	53,278837	772,02786
								0,020622	55,063322	661,96341
								0,030933	56,571413	568,94658
								0,041244	57,84592	490,33691
								0,051556	58,923021	423,9029
е			0,029	61,42	902,26	58,9	65,3	0	58,923021	902,26433
								0,011569	61,025383	625,05464
								0,023138	62,434639	439,23542
								0,034707	63,379291	314,67708
								0,046276	64,01251	231,18312
								0,057844	64,43697	175,21545
								0,069413	64,721493	137,6992
								0,080982	64,912215	112,5513
								0,092551	65,04006	95,694162
								0,10412	65,125757	84,394484
								0,115689	65,183202	76,820083
Торм.	61,42	-802			0	65,183202	-802
			0,631			65,2	-76,2	0,079663	48,410641	-699,5419
								0,159325	33,628404	-609,242
								0,238988	20,600309	-529,6577
								0,318651	9,1181997	-459,5172
								0,398314	-1,00138	-397,7
1			0,279	-18,4	-902,3	0	-64,5	0	0	-902,2643
								0,043463	-9,300498	-774,7215
								0,086926	-17,25888	-665,5837
								0,130389	-24,06883	-572,1952
								0,173852	-29,89606	-492,2832
								0,217314	-34,88238	-423,9029
2			0,131	-18,4	-902,3	-35	-65,1	0	-34,88238	-902,2643
								0,020414	-39,24729	-774,7215
								0,040829	-42,98231	-665,5837
								0,061243	-46,17834	-572,1952
								0,081658	-48,91317	-492,2832
								0,102072	-51,25335	-423,9029
3			0,061	-18,4	-902,3	-51	-65,5	0	-51,25335	-902,2643
								0,009549	-53,30923	-774,7215
								0,019097	-55,06842	-665,5837
								0,028646	-56,57376	-572,1952
								0,038195	-57,86186	-492,2832
								0,047743	-58,96409	-423,9029
е			0,029	-18,4	-902,3	-59	-65,7	0	-58,96409	-902,2643
								0,011569	-61,1716	-610,8805
								0,023138	-62,65133	-415,5601
								0,034707	-63,64323	-284,6329
								0,046276	-64,30812	-196,8698
								0,057844	-64,75381	-138,0404
								0,069413	-65,05256	-98,60586
								0,080982	-65,25282	-72,17212
								0,092551	-65,38706	-54,45305
								0,10412	-65,47704	-42,5756
								0,115689	-65,53736	-34,61391
торм			0,631	-18,4	802	-66	68,85	0	-65,53736	802
								0,085622	-48,47633	697,84357
								0,171244	-33,58127	606,91022
								0,256866	-20,5772	527,52123
								0,342487	-9,22405	458,21101
								0,428109	0,6877719	397,7

5.2 Расчет переходных процессов асинхронного двигателя без учета упругих механических связей (С₁=С₂=? )

асинхронный двигатель ток мощность

Так как механическая характеристика асинхронного двигателя является нелинейной функцией скорости, то расчет переходных процессов производится графо-аналитическим способом. Расчет сводится к приближенному интегрированию уравнения движения

в котором дифференциалы переменных заменены их приращениями. При этом уравнение движения, разрешенное относительно времени, имеет вид

Для использования уравнения (5.14) механическая характеристика двигателя разбивается на ряд интервалов, на которых момент двигателя принимается постоянным (рис. 4.2). Для каждого i-го интервала скорости определяется среднее значение динамического момента, а затем по (5.14) рассчитывают . Для удобства вычислений составляем табл. 5.2.

Текущее значение скорости (столбец 2) и времени (столбец 6) определяют как сумму приращения и значения переменной на предыдущем участке. По данным столбцов 2, 3 и 6 строят зависимости и . (см. рис. 5.2)

Таблица 5.2 Расчет переходных процессов асинхронного двигателя

S	щ	M	Mc	Mдин	?ti	t
1	0	788,3637	286,6242	501,7395	0	0
0,95	3,925	813,2836	286,6242	526,6594	0,029318	0,0293178
0,9	7,85	838,8446	286,6242	552,2204	0,027961	0,0572786
0,85	11,775	864,8315	286,6242	578,2073	0,026704	0,0839827
0,8	15,7	890,9257	286,6242	604,3015	0,025551	0,1095337
0,75	19,625	916,6683	286,6242	630,0441	0,024507	0,1340408
0,7	23,55	941,4116	286,6242	654,7874	0,023581	0,1576217
0,65	27,475	964,2572	286,6242	677,633	0,022786	0,1804077
0,6	31,4	983,9779	286,6242	697,3537	0,022142	0,2025493
0,55	35,325	998,9257	286,6242	712,3015	0,021677	0,2242262
0,5	39,25	1006,929	286,6242	720,3052	0,021436	0,2456623
0,45	43,175	1005,199	286,6242	718,5744	0,021488	0,26715
0,4	47,1	990,2651	286,6242	703,6409	0,021944	0,2890937
0,35	51,025	958,0178	286,6242	671,3936	0,022998	0,3120914
0,3	54,95	903,9165	286,6242	617,2923	0,025013	0,3371047
0,25	58,875	823,4888	286,6242	536,8646	0,028761	0,3658653
0,2	62,8	713,1913	286,6242	426,5671	0,036197	0,4020624
0,15	66,725	571,6052	286,6242	284,981	0,054181	0,4562433
0,1	70,65	400,7148	286,6242	114,0906	0,135336	0,5915788
0,07	73,005	286,6242	286,6242	0	0,21649	0,8080691
0,07	73,005	286,6242	286,6242	0	0,297645	1,105714



Рис. 5.1. Кривые переходных процессов в приводе с двигателем постоянного тока (1-нагрузочная диаграмма, 2-диаграмма скорости)

Рис.5.2. Построение кривых переходного процесса асинхронного двигателя

6. Проверка двигателя по нагреву

6.1 Двигатель постоянного тока

Построенная на рис. 5.1 зависимость является нагрузочной диаграммой двигателя. Используя эту диаграмму, можно определить эквивалентный момент двигателя и произвести проверку выбранного двигателя по нагреву.

Для вычисления эквивалентного значения момента действительную кривую момента заменяют ломаной линией, проходящей достаточно близко к действительной кривой. Для каждого трапецеидального участка вычисляют эквивалентное значение момента по формуле

где - момент в начале i-го участка; - момент в конце i-го участка.

На горизонтальных участках . где - значение момента на данном участке.

С целью упрощения расчетов нагрузочная диаграмма двигателя заменяется упрощенной (рис.6.1), для которой эквивалентные моменты определяются следующим образом:



Рис. 6.1 Диаграмма скорости и упрощенная нагрузочная диаграмма двигателя постоянного тока.

Эквивалентный момент двигателя (6.4)

При правильно выбранном двигателе его номинальный момент при стандартном ПB_H должен быть равен или больше расчетного эквивалентного момента, т.е.

Данное условие выполняется.

6.2 Асинхронный двигатель

Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором при большой частоте включений и наличии электрического торможения: что имеет место в нашем случае (режим S5), проверка двигателя по нагреву сводится к определению так называемого допустимого числа включений в час. Под последним понимают такое число включений в час, при котором среднее превышение температуры после большого числа рабочих циклов будет равно допустимому и двигатель оказывается полностью использованным по нагреву.

Допустимое число включений в час может быть найдено из выражения

где - номинальные потери в двигателе при продолжительном режиме работы, кВт; - потери в установившемся режиме, кВт; - относительная продолжительность включения;- коэффициент, учитывающий ухудшение условий вентиляции двигателей в период пуска и торможения; и - потери энергии в двигателе соответственно за время пуска и торможения, кДж.

Отдельные составляющие уравнения (6.6) определяются следующим образом.

Номинальные потери в двигателе

где - номинальная мощность двигателя при продолжительном режиме работы, кВт; - номинальный КПД при продолжительном режиме работы. Так как в справочной литературе для крановых электродвигателей с короткозамкнутым ротором значения и для продолжительного режима работы обычно не приводятся, можно принять



где - соответственно номинальная мощность и КПД двигателя при ПВ_Н=25%.

Потери в установившемся режиме

где - потери в установившемся режиме соответственно при моментах нагрузки (участок t₂ на рис.1.3), (участок t₆), (участок t₁₀), (участок t₁₃).

Действительные значения t₂ ,t₆ ,t₁₀ ,t₁₃ могут быть найдены в результате графоаналитического расчета переходных процессов асинхронного привода.

Для упрощения расчетов можно принять t₂=t₆=t₁₀=t₁₃.Тогда уравнение (6.8) принимает вид

Потери на отдельных участках:

где - КПД двигателя соответственно при моментах нагрузки .

Так как в справочной литературе зависимость КПД от нагрузки обычно не приводится, ориентировочно принимаем

где - КПД двигателя при ПВ_Н=25%.

Относительная продолжительность включения

Для двигателей с самовентиляцией рекомендуется принимать .

Потери при пуске (участки t₁ , t₄ и t₉ , t₁₂ на рис.1.3).

где и - моменты инерции привода с асинхронным двигателем соответственно при моментах ; - сопротивление фазы статора; - приведенное сопротивление фазы ротора.

Потери при торможении (участки t₃ , t₇ и t₁₁ , t₁₄ на рис.1.3)

Фактическое число включений двигателя в час

При правильном выборе двигателя по нагреву должно соблюдаться условие

Данное условие выполняется, поэтому двигатель был выбран правильно.

7. Выбор добавочных сопротивлений и составление схемы их соединения

В качестве добавочных сопротивлений в цепи якоря двигателя широко применяются ящики сопротивлений с чугунными элементами. Ящики сопротивлений общепромышленного назначения типов ЯС-100 и ЯС-101 и крановые типа Н состоят из отдельных элементов, соединенных между собой последовательно и имеют зажимы для внешних соединений.

Рис.7.1. Размеры ящика резисторов стандартного ЯС100 или ЯС101 и кранового типа Н (размер 645 - стандартного ящика, 635 - ящика типа Н; все остальные размеры одинаковы).

Конструкция зажимов такова, что позволяет легко их пересоединять в процессе монтажа резисторов и менять количество элементов между соседними выводами.

Резисторы выбираются по нагреву путем определения эквивалентного по перегреву длительного тока . Если время работы резистора значительно меньше постоянной времени нагрева сопротивлений, то

где- эквивалентное значение тока резистора; - продолжительность включения резисторов;

-время работы (включенного состояния) резисторов (см. рис. 5.1).

Резисторы выбираются из условия

где - длительный допустимый ток для выбранного типа резисторов.

Технические данные выбранного ящика резисторов с чугунными элементами:

№ ящика 44;

Продолжительный ток ( превышение температуры 270⁰С) = 64 А;

Сопротивление ящика ( холодное ) = 0б8 Ом;

Сопротивление элемента ( холодное ) = 0,055 Ом;

Постоянная времени нагрева Т = 408 с;

Число элементов 20;

Стандартный ящик:

Тип ящика ЯС-100;

Форма элементов НС-400;

Крановый ящик:

Тип ящика Н;

Каталожный № элемента 9004;

Масса ящика 23,5 кг.



Рис.7.2. Схемы расстановки зажимов в ящике резисторов стандартного типа ЯС-100 (а) и кранового типа Н (б) с чугунными элементами

Необходимая величина сопротивления на каждой пусковой характеристике двигателя набирается путем электрического соединения нескольких элементов или ящиков между собой. Необходимое количество секций, например, для характеристики противовключения, определяется как

где - сопротивление якорной цепи для характеристики противовключения; - сопротивление одного элемента.

Аналогичным образом определяется количество секций сопротивлений для других характеристик. По найденным значениям секций составляется схема соединения сопротивлений.

Список литературы

1. Ключев В.И. Теория электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1985. -560с.

2. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 416 с.

3. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1981. - 416 с.

4. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А.Елисеева и А.В.Шинянского. - М.: Энергоатомиздат, 1983. -616 с.

5. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. - М.; Л.: Энергия, 1977. - 432 с.

6. Уализев Г.П., Серов В.И. Расчет пусковых, тормозных и регулировочных устройств для электродвигателей. - М.: Высш.шк., 1966. - 370 с.

Размещено на Allbest.ru