Домой Замки Привет студент. Построение тормозных характеристик

Замки

Привет студент. Построение тормозных характеристик

Расчетную мощность, необходимую для привода насоса ЦНС 180-1900, определим по формуле :

где Q - подача насоса, м 3 /с;

Н - напор, развиваемый насосом, м;

р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м 3 ,

(сеноманская вода имеет плотность 1012 кг/м 3);

з нас - КПД насоса, отн. ед.

КНС работают непрерывно при стабильной нагрузке.

Следовательно, электродвигатели насосов работают в

продолжительном режиме (S1). Тогда, расчетная мощность

насосного агрегата (с учетом коэффициента запаса, равного 1,2),

составит :

где К 3 - коэффициент запаса, отн. ед.;

з - КПД передачи, отн. ед.

Для привода центробежных насосов ЦНС 180-1900 выбираем синхронные двигатели, так как они наиболее полно удовлетворяют технологии работы КНС и, кроме того, обладают целым рядом преимуществ :

возможность регулирования значения и изменения знака реактивной мощности;

коэффициент полезного действия на 1,5 - 3 % выше, чем у асинхронного двигателя того же габарита;

наличие относительно большого воздушного зазора (в 2 - 4 раза больше, чем у асинхронного двигателя) значительно повышает надежность эксплуатации и позволяет, с механической точки зрения, работать с большими перегрузками;

строго постоянная частота вращения, не зависящая от нагрузки на валу, на 2 - 5 % выше частоты вращения соответствующего асинхронного двигателя; напряжение сети влияет на максимальный момент синхронного двигателя меньше, чем на максимальный момент асинхронного. Уменьшение максимального момента, вследствие понижения напряжения на его зажимах, может быть компенсировано форсировкой его тока возбуждения;

синхронные двигатели повышают устойчивость энергосистемы в нормальных режимах работы, поддерживают уровень напряжения;

могут быть изготовлены практически на любую мощность;

Принимая во внимание все выше сказанное, выбираем синхронные двигатели типа СТД 1600-2РУХЛ4 (производства Лысьвенского завода).

Технические данные электродвигателей приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Технические данные двигателя типа СТД 1600-2РУХЛ4

Параметр	Единица измерения	Значение

Мощность активная
Полная мощность
Напряжение
Частота вращения
Критическая частота вращения
Маховый момент ротора
Максимальный вращающий момент (кратность к номинальному вращающему моменту)
Ток статора фазный
Коэффициент мощности		0,9(опережающий)

Напряжение возбуждения
Ток возбуждения
Допустимый маховый момент механизма, приведенный к валу двигателя, при одном пуске из холодного состояния
Допустимое время прямого пуска при одном пуске из холодного состояния
Допустимый маховый момент механизма, приведенный к валу двигателя, при двух пусках из холодного состояния
Допустимое время прямого пуска при двух пусках из холодного состояния
Допустимый маховый момент механизма, приведенный к валу двигателя, при одном пуске из горячего состояния
Допустимое время прямого пуска при одном пуске из горячего состояния

Синхронные двигатели типа СТД 1600-2 выбираем закрытого исполнения с замкнутым циклом вентиляции и одним рабочим концом вала, который соединяется при помощи муфты с насосом ЦНС 180-1900. Обмотка статора таких двигателей имеет изоляцию "МОНОЛИТ - 2" класса нагревостойкости F . Эти двигатели допускают прямой пуск от полного напряжения сети, если маховые моменты приводимых механизмов не превышают значений, указанных в табл. 1.2.

Работа двигателей СТД 1600-2 при напряжении выше 110% от номинального не допускается, а при понижении cosц допускается

при условии, что ток ротора не превышает номинального значения.

В случае потери возбуждения эти двигатели могут работать в асинхронном режиме при закороченной обмотке ротора. Допустимая нагрузка в асинхронном режиме определяется нагревом обмотки статора и не должна превышать значения, при котором ток статора на 10% больше номинального. В таком режиме работа допускается в течение 30 минут. За это время должны быть приняты меры по восстановлению нормальной работы системы возбуждения.

Двигатели СТД 1600-2 допускают самозапуск с погашением поля ротора и ресинхронизацию. Длительность самозапуска не должна превышать допустимого времени пуска двигателя из горячего состояния (см. табл. 1.2), а частота - не более одного раза в сутки.

Двигатели СТД 1600-2 допускают работу при несимметричном напряжении питания. Допустимое значение тока обратной последовательности равно 10% от номинального. При этом ток в наиболее нагруженной фазе не должен превышать номинального значения.

Тиристорное возбудительное устройство (ТВУ) предназначено для питания и управления постоянным током обмотки возбуждения синхронного двигателя. ТВУ позволяет осуществлять ручное и автоматическое регулирование тока возбуждения двигателя СТД 1600-2 во всех нормальных режимах работы.

В комплект ТВУ входят тиристорный преобразователь с блоками управления и регулирования, силовой трансформатор типа ТСП. ТВУ питаются от сети переменного тока 380 В, 50 Гц. Напряжение питания цепей защиты - 220 В постоянного тока.

ТВУ обеспечивает:

переход с автоматического регулирования на ручное в пределах (0,3 - 1,4) 1 ном с возможностью подстройки указанных пределов регулирования;

автоматический пуск синхронного двигателя с подачей возбуждения в функции тока статора или времени;

форсировку по напряжению возбуждения до 1,75 U B H0M при номинальном напряжении источника питания с регулируемой продолжительностью форсировки 20-50 с. Форсировка возбуждения срабатывает при падении напряжения сети более чем на 15 - 20% от номинального, а напряжение возврата составляет (0,82 - 0.95) U H0M ;

ограничение угла отпирания силовых тиристоров по

минимуму и максимуму, ограничение тока возбуждения до

номинального значения с выдержкой времени, а также ограничение

значения тока форсировки до 1,41 в ном без выдержки времени;

форсированное гашение поля двигателя переводом преобразователя в инверторный режим. Гашение поля осуществляется при нормальном и аварийном отключениях двигателя, а также при работе автоматического включения резерва (АВР), при условии сохранения питания ТВУ;

автоматический регулятор возбуждения (АРВ) обеспечивает регулирование тока возбуждения СТД 1600-2 для поддержания напряжения сети с точностью до 1,1 U H0M .

Современный электропривод, в первую очередь автоматизированный, является сложной электромеханической системой. Проектирование такой системы требует учета большого числа разнообразных факторов и критериев, к числу которых относятся условия функционирования электропривода и его элементов, надежность и экономичность его работы, безопасность для обслуживающего персонала и окружающей среды, совместимость электропривода с другими электротехническими установками.

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ДВИГАТЕЛЕЙ

Задача расчета мощности и выбора двигателя состоит в поиске такого серийно выпускаемого двигателя, который обеспечивает заданный технологический цикл рабочей машины, его конструкция соответствует условиям окружающей среды и компоновки с рабочей машиной и при этом его нагрев не превышает нормативный (допустимый) уровень.

Важность правильного выбора двигателя определяется тем, что недостаточная его мощность может привести к невыполнению заданного технологического цикла и снижению производительности рабочей машины. При этом из-за перегрузки может иметь место повышенный нагрев двигателя и преждевременный выход его из строя.

Недопустимым является также использование двигателей завышенной мощности, так как при этом повышается первоначальная стоимость ЭП, а его работа происходит при пониженных КПД и коэффициенте мощности.

Выбор электродвигателя производится в такой последовательности: расчет мощности и предварительный выбор двигателя; проверка выбранного двигателя по условиям пуска и перегрузки и проверка его по нагреву.

Если выбранный двигатель удовлетворяет всем условиям проверки, то на этом выбор двигателя заканчивается. Если же двигатель не удовлетворяет условиям проверки на каком-то этапе, то выбирается другой двигатель (как правило, большей мощности) и проверка повторяется.

При выборе двигателя в общем случае одновременно должна выбираться и механическая передача ЭП, что позволяет в ряде случаев оптимизировать структуру ЭП. В данной главе рассматривается более простая задача, когда механическая передача уже выбрана и известны ее передаточное число (или ее радиус приведения) и КПД.

Основой для расчета мощности и выбора электродвигателя являются нагрузочная диаграмма и диаграмма скорости (тахограмма) исполнительного органа рабочей машины. При этом также должны быть известны масса (момент инерции) исполнительного органа и элементов механической передачи.

Нагрузочная диаграмма исполнительного органа рабочей машины представляет собой график изменения приведенного к валу двигателя статического момента нагрузки во времени M c (t). Эта диаграмма рассчитывается на основании технологических данных и параметров механической передачи. Для примера приведем формулы, по которым можно рассчитать моменты сопротивления М с, создаваемые на валу двигателя при работе исполнительных органов некоторых машин и механизмов:

Для подъемной лебедки

где G - сила тяжести поднимаемого груза, Н; R - радиус барабана подъемной лебедки, м; i, г| - передаточное число и КПД механической передачи;

Для механизма передвижения подъемных кранов

где G - сила тяжести перемещаемой массы, Н; к х - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления движению из-за трения реборд ходовых колес о рельсы, k l = 1,8^-2,5; р - коэффициент трения в опорах ходовых колес, р = 0,015-5-0,15;/ - коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам, м, / = = (5-И2) 10 -4 ; г - радиус шейки оси ходового колеса, м.

Для вентиляторов

где Q - производительность вентилятора, м 3 /с; Н - напор (давление) газа, Па; г| в - КПД вентилятора, г| в = 0,"4-Д),85; со в - скорость вентилятора, рад/с; к 3 - коэффициент запаса, к 3 = 1,1+1,5; i - передаточное число механической передачи.

Для насосов

где Q - производительность насоса, м 3 /с; Н с - статический напор, м; АН - потери напора в трубопроводе, м;# - ускорение свободного падения, м/с 2 , g = 9,81; р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м 3 ; к з - коэффициент запаса, к з = 1,1-5-1,3; г н - КПД насоса, г н = 0,45ч-0,75; со н - скорость насоса, рад/с; / - передаточное число механической передачи.

Расчет моментов нагрузки других рабочих машин и механизмов рассмотрен в .

Диаграмма скорости , или тахограмма, представляет собой зависимость скорости движения исполнительного органа от времени Р ио (0 П Р И его поступательном движении или со ио (/) при его вращательном движении. После выполнения операции приведения эти зависимости изображаются в виде графика скорости вала двигателя во времени со(/).

На рис. 10.1, а приведен пример нагрузочной диаграммы. Она показывает, что данный исполнительный орган создает при своем движении в течение времени момент нагрузки М v а в течение времени t 2 - момент нагрузки М г Из тахограммы видно (рис. 10.1, б), что движение И О состоит из участков разгона, движения с установившейся скоростью, торможения и паузы. Продолжительности этих участков соответственно равны / , / у, t T , / 0 , а полное время цикла составляет t u = t p + t y + t T + t Q = t { + t 2 .

Рис. 10.1.

а - нагрузочная диаграмма исполнительного органа; б - тахограмма движения исполнительного органа; е - график динамического момента; г - нагрузочная диаграмма двигателя

Порядок расчета мощности, предварительного выбора и проверки двигателя рассмотрим на примере диаграмм рис. 10.1, а, б.

Определение расчетной мощности двигателя. Ориентировочно расчетный момент двигателя

где М э - эквивалентный момент нагрузки, к з - коэффициент запаса, учитывающий динамические режимы электродвигателя, когда он работает с повышенными токами и моментами.

Если момент нагрузки М с изменяется во времени и нагрузочная диаграмма имеет несколько участков, как это показано на рис. 10.1, а, то М с определяется как среднеквадратичная величина

где М с r t p - соответственно момент и длительность /-го участка нагрузочной диаграммы; п - число участков цикла.

Для рассматриваемого графика движения расчетная скорость двигателя со расч = со уст. Если скорость исполнительного органа регулируется, то расчетная скорость определяется более сложным путем и зависит от ее способа регулирования .

Определим расчетную мощность двигателя

Выбор двигателя и проверка его по перегрузке и условиям пуска. По

каталогу выбираем двигатель ближайшей большей мощности и скорости. Выбираемый двигатель при этом должен по роду и величине напряжения соответствовать параметрам сетей переменного или постоянного тока или силовых преобразователей, к которым он подключается, по конструктивному исполнению - условиям его компоновки с исполнительным органом и способам крепления на рабочей машине, а по способу вентиляции и защиты от действия окружающей среды - условиям его работы.

Выбранный двигатель проверяется по перегрузочной способности. Для этого рассчитывается зависимость момента двигателя от времени M(t), называемая нагрузочной диаграммой двигателя. Она строится с помощью уравнения механического движения (2.12), записанного в виде

Динамический момент М определяется суммарным приведенным моментом инерции J и заданными ускорением на участке разгона и замедлением на участке торможения диаграммы скорости со(/)

(см. рис. 10.1, б). Если принять график со(/) на участках разбега и торможения линейным, то динамический момент на этих участках

Зная график динамического момента (см. рис. 10.1, в) при постоянных ускорении и замедлении и зависимость M(t), построенную на основании (10.8), сопоставим максимально допустимый момент двигателя М тах с максимальным моментом М ] (см. рис. 10.1, г). Для рассматриваемого случая должно выполняться соотношение

Если соотношение (10.10) выполняется, то двигатель обеспечит заданное ускорение на участке разгона (см. рис. 10.1), если нет - график движения на этом участке будет отличаться от заданного. Для обеспечения заданного графика скорости необходимо выбирать другой более мощный двигатель и вновь повторять проверку по перегрузке до нахождения подходящего двигателя.

Для двигателя постоянного тока обычного исполнения и синхронного двигателя для асинхронного

двигателя с фазным ротором этот момент может быть принят примерно равным критическому.

При выборе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором двигатель должен быть проверен также по условиям пуска, для чего сопоставляется его пусковой момент М п с моментом нагрузки при пуске М с п

Для рассматриваемого примера М с = М у Если выбранный двигатель удовлетворяет рассмотренным условиям, то далее осуществляется его проверка по нагреву.

Задача 10.1*. Движение исполнительного органа характеризуется графиками рис. 10.1, а, б, при этом: Л/ с| = 40 Н м; М с2 = 15 Н м; = = 20 с; t 2 = 60 с; t p = 2 с; / т = 1 с; 1 у = 77 с; со уст = 140 рад/с; J = 0,8 кг-м 2 .

Определить расчетный момент и мощность двигателя и построить его нагрузочную диаграмму.

1. Расчетный момент двигателя определяем по (10.5) с учетом (10.6), а расчетную мощность - по (10.7)

2. Для построения нагрузочной диаграммы двигателя M(t) определяем вначале динамические моменты на участках разбега М дин р и торможения М шнт:

3. Моменты двигателя на участках разбега Л/, и торможения М 2 определяем по (10.8):

Моменты двигателя на участках установившегося движения - / р) и (t 2 - t T) равны моментам нагрузки М с1 и М с2 , поскольку динамический момент на них равен нулю.

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

«Расчёт электропривода грузоподъёмного механизма»

Калининград 2004

Исходные данные для расчётов……………………………………………
Построение упрощённой нагрузочной диаграммы механизма

и предварительный выбор мощности двигателя………………………….

Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя………….

2.2 Расчёт статической мощности на выходном валу механизма…………...

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…………………………………………..

Исходные данные для расчётов

Род тока	Грузоподъёмность G гр кг	Высота подъёма l п,м	Высота спуска l с,м
Переменный

Продолжение таблицы 1

Вес

грузозахватывающего

устройства G х.г,кг

Диаметр

грузового

барабана D,м

Время пауз нагрузочной

диаграммы t i ,с

t п1

t п2

t п3

t п4

Продолжение таблицы 1

Посадочная скорость

υ` с, м/с

Наименование

исполнительного

механизма

Система

управления

Род тока

Асинхронный

двигатель

Преобразователь

частоты с

инвертором напряжения

Сеть

переменного

тока 380В

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

Участок	Р с	t р,с	υ, м/с	υ н	β
1
2
2 посадочный
3
4

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.


ω, с -1
М, Н·м

3.2 Расчёт и построение электромеханической характеристики.
Ток холостого хода:

(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.


М, Н·м
I 1 , A

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)

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:

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.

Режим работы

Ток, А

Время, с

Подъём номинального груза:

разгон…………………………………………

установившийся режим………………………

торможение……………………………………

Горизонтальное перемещение груза…………….

Тормозной спуск груза:

разгон…………………………………………

установившийся режим………………………

торможение……………………………………

Расстроповка груза………………………………..

Подъём холостого гака:

разгон…………………………………………

установившийся режим………………………

торможение……………………………………

Горизонтальное перемещение гака……………...

Силовой спуск холостого гака:

разгон…………………………………………

установившийся режим………………………

торможение……………………………………

Застроповка груза…………………………………

t 01 =
t 2п =

t 02 =
t 3 п =

t 03 =
t 4п =

t 04 =

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.

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

Судостроение, 1976.- 376с.

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.

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

Обозначение	Наименование показателя	Размерность
	Масса клети
	Грузоподъемность
	Масса противовеса
	Диаметр канатоведущего шкива
	Диаметр цапфы
	Коэфф., трения скольжения в подшипниках
	Линейная жесткость механизма
	Высота подъема клети
	Скорость движения с грузом
	Скорость движения без груза
	Допустимое ускорение
	Число циклов в час
	Суммарное время работы, не более

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.

Министерство образования и науки Российской Федерации НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Автомобильный транспорт»

РАСЧЁТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Методические указания к выполнению дипломных, курсовых и лабораторных работ по курсу

«Основы расчёта, проектирования и эксплуатации технологического оборудования АТП» для студентов специальности

«Автомобили и автомобильное хозяйство» всех форм обучения

Нижний Новгород 2010

Составитель В. С. Козлов.

УДК 629.113.004

Расчёт электропривода: Метод. указания к выполнению лаб. работ / НГТУ; Сост.: B.C. Козлов. Н. Новгород, 2005. 11 с.

Рассмотрены рабочие характеристики асинхронных трёхфазных электродвигатей. Приведена методика выбора электродвигателей привода с учётом пусковых динамических перегрузок.

Редактор Э.Л. Абросимова

Подл. к печ. 03.02.05. Формат 60x84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ. л. 0,75. Уч.-изд. л. 0,7. Тираж 100 экз. Заказ 132.

Нижегородский государственный технический университет. Типография НГТУ. 603600, Н. Новгород, ул. Минина, 24.

1. Цель работы.

Изучить характеристики и выбрать параметры электродвигателей гидропривода и привода грузоподъёмных механизмов с учётом инерциальных составляющих.

2. Краткие сведения о работе.

Выпускаемые промышленностью электродвигатели по роду тока подразделяются на следующие типы:

- двигатели постоянного тока, питаемые постоянным напряжением, или с регулируемым напряжением; эти двигатели допускают плавное регулирование угловой скорости в широких пределах, обеспечивая плавный пуск,торможение и реверс, поэтому их применяют в приводах электротранспорта, мощных подъёмниках и кранах;

- однофазные асинхронные двигатели небольшое мощности, применяемые в основном для привода бытовых механизмов;

- трёхфазные двигатели переменного тока (синхронные и асинхронные), угловая скорость которых не зависит от нагрузки и практически не регулируется; по сравнение с асинхронными двигателями синхронные имеют более высокий КПД и допускают большую перегрузку, но уход за ними более сложен и стоимость их выше.

Трёхфазные асинхронные двигатели - самые распространённые во всех отраслях промышленности. По сравнению с остальными для них характерны следующие преимущества: простота конструкции, наименьшая стоимость, простейший уход, непосредственное включение в сеть без преобразователей.

2.1. Характеристики асинхронных электродвигателей.

На рис. 1. представлены рабочие (механические) характеристики асинхронного двигателя. Они выражают зависимость угловой скорости вала двигателя от вращающего момента (рис. 1.а) или вращающего момента от скольжения (рис. 1.6).




ω НОМС	М МАХ
ω КР	М ПУСК
ω КР	М НОМ
	М НОМ
	М НОМ М ПУСК М МАХ М 0 θ НОМ θ КР

Рис. 1 Характеристики двигателей.

На этих рисунках МПУСК - пусковой момент, МНОМ - номинальный момент, ωС - синхронная угловая скорость, ω - рабочая угловая скорость двигателя под нагрузкой,

θ - скольжение поля, определяемое по формуле:

С − = N С − N

С N С

В пусковом режиме при изменении момента от МПУСК до ММАХ угловая скорость возрастает до ωКР . Точка ММАХ , ωКР - критическая, работа при этом значении момента недопустима, так как двигатель быстро перегревается. При снижении нагрузки от ММАХ до МНОМ , т.е. при переходе к длительному установившемуся режиму, угловая скорость возрастёт до ωНОМ , точка МНОМ , ωНОМ соответствует номинальному режиму. При дальнейшем снижении нагрузки до нуля угловая скорость возрастает до ωС .

Пуск двигателя осуществляется при θ = 1 (рис.1.б), т. е. при ω = 0; при критическом скольжении θКР двигатель развивает максимальный момент ММАХ , работать на этом режиме нельзя. Участок между ММАХ и МПУСК почти прямолинейный, здесь момент пропорционален скольжению. При θНОМ двигатель развивает номинальный момент и может работать в этом режиме длительное время. При θ = 1 момент падает до нуля, а частота вращения без нагрузки возрастает до синхронной NC , зависящей лишь от частоты тока в сети и числа полюсов двигателя.

Так, при нормальной частоте тока в сети 50 Гц асинхронные электродвигатели, имея число полюсов от 2 до 12, будут иметь следующие синхронные частоты вращения;

NC = 3000 ÷ 1500 ÷ 1000 ÷ 750 ÷ 600 ÷ 500 об/мин.

Естественно, что в расчёте электропривода надо исходить из несколько меньшей расчётной частоты вращения под нагрузкой, соответствующей номинальному режиму работы.

2.2. Потребная мощность и выбор электродвигателя.

Электроприводы механизмов циклического действия, характерных для АТП, работают в повторно-кратковременном режиме, особенностью которого являются частые пуски и остановки двигателя. Потери энергии в переходных процессах при этом непосредственно зависят от приведённого к валу момента инерции механизма и момента инерции самого двигателя. Все эти особенности учитывает характеристика интенсивности использования двигателя, называемая относительной продолжительностью включения:


ПВ = t В − tО 100

где tB , tQ - время включения и время паузы двигателя, a tB + tО - суммарное время

Для отечественных серий электродвигателей время цикла установлено равным 10 мин., а в каталогах на крановые двигатели приведены номинальные мощности для всех стандартных продолжительностей ПВ, т. е. 15%, 25%, 40%, 60% и 100%.

Выбор электродвигателя грузоподъёмного механизма производят в следующей последовательности:

1. Определяют статическую мощность при подъёме груза в установившемся



		1000

где Q - вес груза, Н,

V - скорость подъёма груза, м/с,

η – общий КПД механизма = 0,85 ÷ 0,97

2. Используя формулу (1) определяют фактическую продолжительность

включения (ПВФ ), подставляя в неё tВ - фактическое время включения двигателя за цикл.

3. В случае совпадения фактической продолжительности включения (ПВ Ф ), и стандартного (номинального) значения ПВ, по каталогу выбирают электродвигатель

так, чтобы его номинальная мощность NД была равна иди несколько больше статической мощности (2).

В том случае, когда значение ПВФ не совпадает со значением ПВ, двигатель выбирают по мощности NН вычисленной по формуле

		ПВФ
	N н = N

Мощность выбранного двигателя NД должна быть или несколько больше значения NН .

4. Двигатель проверяют на перегрузку при пуске. Для этого по его номинальной мощности NД и соответствующей частоте вращения вала nД определяют номинальный момент двигателями

	М Д = 9555	N Д

где МД - в Н·м, NД - в кВт, nД - в об/мин.

По отношению пускового момента МП , рассчитанного ниже см. (5,6,7), к моменту МД находят коэффициент перегрузки:

К П = М П

М Д

Расчётное значение коэффициента перегрузки не должно превышать допускаемые для данного типа двигателя значения - 1,5 ÷ 2,7 (см. Приложение 1).

Пусковой момент на валу двигателя, развиваемый при разгоне механизма, можно представить как сумму двух моментов: момента МСТ сил статического сопротивления и момента сопротивления МИ сил инерции вращающихся масс

механизма:

М П = М СТ М И

Для грузоподъёмного механизма, состоящего из двигателя, редуктора, барабана и полиспаста с заданными параметрами ИМ - передаточное число между двигателем и барабаном, аП - кратность полиспаста, IД - момент инерции

вращающихся частей двигателя и соединительной муфты, RБ - радиус барабана, Q - вес груза, σ = 1,2 - поправочный коэффициент, учитывающий инерцию остальных вращающихся масс привода, можно записать

М СТ =	Q RБ

	и а

где суммарный приведённый к валу двигателя момент инерции движущихся масс механизма и груза при разгоне

Q R2

I ПР.Д = 2 Б 2 I Д (7)

g И М aП

Ввиду незначительности инерциальных масс гидромеханизмов, электродвигатель гидропривода подбирается исходя из максимальной мощности и соответствия числа оборотов выбранного насоса - см. лаб. работу "Расчёт гидропривода".

3. Порядок выполнения работы.

Работа выполняется в индивидуальном порядке согласно назначенного варианта. Черновые расчёты с окончательными выводами предъявляются преподавателю в конце занятия.

4. Оформление работы и сдача отчёта.

Отчёт выполняется на стандартных листах формата А4. Последовательность оформления: цель работы, краткие теоретические сведения, исходные данные, расчётное задание, расчётная схема, решение задачи, выводы. Сдача работы ведётся с учётом контрольных вопросов.

Используя исходные данные Приложения 2 и беря недостающие из Приложения 1 выбрать электродвигатель грузоподъёмного механизма. Определить коэффициент перегрузки двигателя при пуске.

По результатам лабораторной работы "Расчёт гидропривода" подобрать электродвигатель к выбранному гидравлическому насосу.

6. Пример выбора двигателя механизма подъёма стрелы с электроприводом. Определение коэффициента перегрузки двигателя при пуске.

Исходные данные: грузоподъёмная сила крана Q = 73 500 Н (грузоподъёмность 7,5 т); скорость подъёма груза υ=0,3 м/с; кратность полиспаста аП = 4; общий КПД механизма и полиспаста η = 0,85; радиус барабана лебёдки механизма подъёма RБ = 0,2 м; режим работы двигателя соответствует номинальному ПВФ = ПВ = 25%

1. Определяем потребную мощность двигателя

73500 0,3 = 26 кВ

1000

По каталогу электродвигателей выбираем двигатель трёхфазного тока серии

МТМ 511-8: NП = 27 кВт; nД = 750 об/мин; JД = 1,075 кг · м2 .

Выбираем упругую соединительную муфту с моментом инерции JД = 1,55 кг·м2 .

2. Определяем передаточное число механизма. Угловая скорость барабана

6,0 рад/ сек

Угловая скорость вала, двигателя

N Д = 3,14 750 = 78,5 рад / сек

Д 30 30

Передаточное число механизма

и м = Д = 78,5 = 13,08 Б 6,0

3. Находим статический момент сопротивления, приведённый к валу двигателя

М С.Д = Q R Б = 73500 0,2 ≈ 331 Н м и М а П 13,08 4 0,85

4. Рассчитываем суммарные приведенный (к валу двигателя) момент инерции механизма и груза при разгоне

J " ПР.Д =	Q RБ 2	I Д I М =	73500 0,22	1,2 1,075 1,55 = ...

0,129 3,15≈ 3,279 кг м 2

5. Определяем избыточный момент, приведенный к валу двигателя при времени разгона t P = 3 с.

М ИЗБ. Д. = J " ПР.Д t Д = 3,279 78,5 ≈ 86 Н м

Р 3

6. Вычисляем движущий момент на валу двигателя

M Р.Д. = M С.Д. М ИЗБ. Д.= 331 86 = 417 Н м

7. Определяем коэффициент перегрузки двигателя при пуске. Момент на валу

двигателя, соответствующий его номинальной мощности


M Д. = 9555		N Д	344 Н м
M Д. = 9555		n Д	344 Н м
	М Р.Д.	n Д
K П. =	М Р.Д.
K П. =	M Д
	M Д

7 . Контрольные вопросы для сдачи отчёта.

1. Что такое скольжение поля в электродвигателе?

2. Критическая и номинальная точки рабочих характеристик электродвигателей.

3. Что такое синхронная частота вращения электродвигателя, чем она отличается от номинальной?

4. Что называется относительной и фактической продолжительностью включения двигателя? Что показывает их отношения?

5. В чём разница между номинальным и пусковым моментами электродвигателя?

6. Коэффициент перегрузки при пуске электродвигателя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гоберман Л. А. Основы теории, расчёта и проектирования СДМ. -М.: Маш., 1988. 2. Проектирование механических передач: Учебное пособие. / С.А. Чернавский и др. - М.: Маш., 1976.

3. Руденко Н. Ф. и др. Курсовое проектирование грузоподъёмных машин. - М.: Маш., 1971.

Приложение 1. Асинхронные электродвигатели типа АО2


Тип электро
Тип электро	мощность	вращения	МП /МД
двигателя	мощность	вращения	МП /МД
двигателя
				кг·см2	кг·см2