ооооо. 7 Задания для контрольной работы Задача 1

• Название: 7 Задания для контрольной работы Задача 1
• Анкор: ооооо
• Дата: 23.03.2022
• Размер: 155.25 Kb.
• Имя файла: task_87628.docx
• Тип: Задача; #411179

7 Задания для контрольной работы

Задача 1

Для электропривода механизма подъема, кинематическая схема которого приведена на рисунке 3, а значения параметров элементов кинематической схемы и технические данные в таблице1:

1. Определить момент инерции электропривода, приведенный к валу двигателя.

2. 
   Определить момент сопротивления, приведенный к валу двигателя
   

а) при подъеме груза;

б) при опускании груза.

2. 
   Пояснить, в каких режимах работает двигатель при подъеме и опускании груза.
   

1–двигатель, 2–соединительная муфта, 3–редуктор, 4–барабан, 5-груз,

J-момент инерции, U_p-передаточное число редуктора, -угловая скорость, D_б-внешний диаметр барабана,  - КПД
Рисунок 3 – Кинематическая схема электропривода

Таблица 1

Вар	Jд кгм2	Jм кгм2	Jр* кгм2	up1	up2	m, кг	v, м/с	Dб, м	w рад/с	hр	hб	Jб кгм2
9	3,2	0,2	0,32	6,0	2,5	2500	-	1,0	-	0,8	0,98	5,0
* значение момента инерции редуктора по отношению к валу двигателя

Задача 2

Для соответствующего заданному варианту графика нагрузки в таблице 2.

1 Определить, к какому из 8 режимов работы двигателя в соответствии с ГОСТ 183-74 можно отнести данный график.

2 Определить требуемую номинальную мощность двигателя по условиям нагрева с проверкой по перегрузочной способности.

3 Выбрать наиболее подходящий двигатель, используя справочную литературу. Привести его технические данные, расшифровать марку.
Таблица 2

Вар	График нагрузки	Значение параметров графика (Р, кВт; tв, с; М, Н*м; I, А; t0, с)	Частота вращения двигателя n, об/мин
9	M t	M1=100 M2=50 M3=150 M4=20 M5=50 M6=200 t1=20 t2=6 t3=40 t4=40 t5=50 t6=100	1000

Задача 3

Для двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, данные которого приведены в таблице 3,:

1 Построить естественную электромеханическую и механическую характеристики.

2 Определить сопротивления ступеней пускового реостата при условии, что наибольшее значение пускового момента не должно превышать значения М₁ , число ступеней реостата – m ( значения М₁ , М_с и m, необходимые для расчета, заданы в таблице 3.). Построить диаграмму пуска.

3 Определить необходимое добавочное сопротивление в цепи якоря двигателя при переходе его из двигательного режима работы с номинальными параметрами в режим противовключения – для нечетных вариантов или в режим динамического торможения - для четных вариантов при условии, что начальный тормозной ток равен I_т.

2. 
   Построить искусственную, механическую характеристику при снижении напряжения питания на 20 %; при введении в цепь якоря добавочного сопротивления R_доб* = 0,4.
   

таблица 3

вар	Технические данные двигателя типа П, 220 В с регулированием скорости 1:2 (продолжительный режим работы )									Данные расчетов
	Тип	Рн кВт	nн об/мин	Iн А	rя+rдп Ом	rпар Ом	Номинальный ток возбуждения параллельн. обмотки, А	Макс.допустимая частота вращения об/мин	Момент инерции якоря I, кгм2	Кратность статического момента Мс / Мн	Число ступ-ней m.	Кратность пускового момента Мп / Мн	Крат-ность началь-ного тормоз-ного тока Iт / Iн
9	П-72	12,5	1000	78	0,237	108	1,46	2000	1,6	1,2	5	2,15	1,9

Задача 4

Для асинхронного двигателя с фазным ротором, данные которого приведены в таблице 4:

1. Рассчитать и построить естественную механическую характеристику, указать на ней характерные точки.

2. Построить диаграмму пуска и определить сопротивления добавочных резисторов в цепи ротора при условии, что наибольшее значение момента двигателя при его разгоне не должно превышать значения М₁, а значение момента М₂, при котором происходит переключение ступеней резисторов, не должно быть меньше 1,2М_с, где М_с – момент статического сопротивления, приведенный к валу двигателя. Данные для расчета взять из таблицы 5.

3. 
   Составить схему торможения противовключением (для четных вариантов) и динамического торможения (для нечетных вариантов).
   
4. 
   Построить механические характеристики для заданного способа торможения (без расчета).
   

Таблица 4

Вар	Тип электро- двигателя	Р2, кВт при ПВ, %				n. об/мин		I1 при U=380		cos		 %		I2 А		U2 В		Mmax Мном		I кгм2		m, кг		nmax об/мин
		15	25	40	60
9	MTF 412-6	40					960		94		0,77		84		100		255		2,5		2,7		345		2500

Таблица 5 – Данные к задаче № 4

Вариант	Мс Мн	М1 Мmax
9	1,0	0,8

6. 
   
   
7. 
   Методические указания к выполнению
   

контрольной работы

Выполнение контрольной работы – это один из основных видов самостоятельной работы студента-заочника, позволяющих освоить программу учебной дисциплины.

Задание на контрольную работу состоит из четырех задач. При выполнении работы предусматривается определение приведенного момента инерции электропривода и определение момента сопротивления нагрузки для заданной структуры электропривода, расчет естественных характеристик электроприводов постоянного и переменного тока, расчет добавочных сопротивлений и сопротивлений ротора.

Выполнение контрольной работы рекомендуется проводить в следующем порядке :

• 
  прочесть задания, определить, к какому разделу курса оно относится;
  
• 
  подобрать необходимые первоисточники по данному вопросу;
  
• 
  систематизировать имеющуюся информацию;
  
• 
  продумать последовательность расчетов и провести их;
  
• 
  проанализировать полученные результаты.
  

При оформлении контрольной работы необходимо обращать внимание на требования действующего ГОСТ 2.105-95 «Общие требования к текстовым документам», «Методические рекомендации по оформлению курсовых и дипломных проектов», НТГП, 2000.

При решении задач необходимо :

• 
  правильно оформить графики. Оси координат должны быть обозначены, на осях проставлены масштабные деления и их цифровые значения; чертить графики необходимо на клетчатой или миллиметровой бумаге;
  
• 
  схемы чертить в соответствии с действующими стандартами на буквенные и графические обозначения элементов схем (схемы можно выполнить в графическом редакторе на компьютере);
  
• 
  список литературы должен быть приведен в конце контрольной работы; при выполнении работы должны быть приведены ссылки на использованную литературу;
  
• 
  расчеты должны быть сведены в таблицы;
  
• 
  все расчеты производить в системе СИ;
  
• 
  при расчете механических характеристик электроприводов можно пользоваться электронными таблицами Excel;
  
• 
  применение ксерокопий в контрольной работе не допускаются.
  

Все задачи и расчеты должны выполняться с подробными пояснениями и ссылками на литературу.

Контрольные задания разработаны на 35 вариантов. Номер варианта соответствует порядковому номеру студента по списку в журнале учебных занятий.

Контрольные работы, выполненные небрежно, с нарушениями предъявляемых требований, и несоответствующие заданному варианту, не зачитываются.
6.1 Определение момента инерции
Приведение инерционных масс и моментов инерции механических звеньев к валу двигателя заключается в том, что эти массы и моменты инерции заменяются одним эквивалентным (приведенным) моментом инерции на валу двигателя. При этом условием приведения являются равенство кинетической энергии, определяемой эквивалентным моментом инерции, сумме кинетических энергий всех движущихся элементов механической части привода, т.е.
² ² n _i² k v_j²

J_экв = J_дв +  J_i +  m_j (6.1)

2 2 i=1 2 j=1 2
отсюда:

n J_i k

J_экв = J_дв +  +  m_j_j² (6.2)

i=1 u_pi² j=1
Где J_дв – момент инерции ротора двигателя, кг*м²,

J_i – момент инерции i – го вращающего элемента, кг*м²,

m_j – масса j – го поступательно-двищущего элемента,

u_pt = /_i – передаточные отношения редуктора от вала двигателя до i –го вращающего элемента;

_j = v_j / - радиус приведения поступательно-движущегося j-го элемента к валу двигателя, м

Часто в каталогах для двигателей указывается величина махового момента GD², выраженного кгс*м². В этом случае момент инерции в системе СИ вычисляется по формуле:
GD²

J = , кг*м² (6.3)

4

2. 
   Приведение моментов статического сопротивления на валу двигателя
   

Для приведения к валу двигателя момента или усиления нагрузки рабочего органа производственной машины необходимо воспользоваться уравнением баланса мощности в механической части привода.

При передаче энергии от двигателя к рабочему органу уравнение баланса имеет вид :
Р_с = Р_р.о + Р (6.4)
Где Р_с = М_с* - мощность на валу двигателя,

Р – мощность потерь в механических звеньях,

 - угловая скорость вала двигателя,

М_с – момент сопротивления на валу двигателя, называемый также статическим моментом,

Р_р.о – мощность на рабочем органе.

Если известен КПД механической части привода (), то
Р_р.о

Р_с = (6.5)


При вращательном движении рабочего органа :
Р_р.о = М_р.о *_р.о (6.6)
Где Мр.о – момент нагрузки на рабочем органе,

р.о. угловая скорость рабочего органа.

Тогда
_р.о

М_с* = М_р.о (6.7)


следовательно:

М_р._о

М_с = (6.8)

u_p*
где u_p =  /_р.о – передаточное отношение редуктора.

При поступательном движении
Р_р.о = F_р.о *v_р.о
Где F_р.о – усилие нагрузки на рабочем органе,

V_р.о – линейная скорость движения рабочего органа.

Следовательно
F_р.о *

М_с = (6.6)


где  = v/ - радиус приведения усилия нагрузки к валу двигателя.

При передаче энергии от рабочего органа к двигателю
Р_с = Р_р.о - Р
Или

F_р.о *

М_с = -при вращательном движении (6.7)

u_p

М_с = F_р.о ** - при поступательном движении (6.8)
При определении эквивалентного момента инерции и момента статического сопротивления необходимо помнить, что общий КПД механической части электропривода равен произведению КПД отдельных элементов, а общее передаточное отношение редуктора равно произведению передаточных отношений отдельных звеньев. Изложение этого вопроса имеется в [3], [4], [6], [7].

3. 
   Определение требуемой номинальной мощности двигателя по заданному графику нагрузки
   

Решение этой задачи следует вести в такой последовательности:

6.3.1 В соответствии с ГОСТ 183-74 необходимо отнести (сопоставить) заданный график нагрузки к стандартному [3], [6], [12].

6.3.2 используя метод эквивалентных величин применительно к режиму работы двигателя, определяемого заданным графиком, рассчитать требуемую номинальную мощность двигателя.

6.3.3 Выбрать двигатель по справочной литературе или из таблиц, приведенных в задании.

6.3.4 Определить максимальное значение момента, соответствующее нагрузочной диаграмме, и сравнить его с номинальным моментом двигателя. Допустимую перегрузочную способность для двигателя постоянного тока принять :
I_допуст М_допуст

 = = = 2,5

I_ном М_ном
Для электроприводов, работающих в повторно-кратковременном режиме, целесообразно выбирать двигатели, предназначенные для этого режима. Причем длительность рабочего цикла не должна превышать 10 мин, в противном случае двигатель должен выбираться как и для продолжительного режима работы [7], [12].

Последовательность расчета :

По нагрузочной диаграмме определяют относительную продолжительность включения.
n

 t_0i

i=1

ПВ = *100% (6.9)

T_ц
где t_0i – продолжительность i-го участка работы,
n m

Т_ц = tp_i + to_j – время цикла,

i=1 j=1

t_0i – продолжительность j-ой паузы в работе двигателя.

Определяют эквивалентное значение мощности ( момента или тока ).
n

 P_i^{2 *}tp_i

P_э = i=1 (6.10)

n

 tp_i

i=1
Приводят эквивалентное значение к ближайшему стандартному значению : ПВ_ст = 15, 25, 40, 60 %.




ПВ

Р_эПВст = Р_э (6.11)

ПВ_ст
При выборе двигателя должно соблюдаться условие :
Р_{ном ПВст}  Р_{э ПВст} (6.12)
Если продолжительность включения (ПВ) 70-80% возможен (как правило, это и делается) выбор двигателя, предназначенного для длительного режима работы, для которого следует принять ПВ=100 %.

При длительном перемежающемся режиме работы условия выбора мощности двигателя следующие :
Р_э  Р_ном (6.13)
М_э  М_ном (6.14)
где n

 P_i^{2 *}t_i

P_э = i=1

n (6.15)

 t_i

i=1

где

n

 М_i^{2 *}t_i

М_э = i=1 (6.16)

n

 t_i

i=1
где t_i – время i-го участка работы,

P_i – мощность i-го участка работы.

Более подробное изложение этого вопроса имеется в [3], [6], [7], [12].
6.4 Расчет электромеханических и механических характеристик двигателей. Определение сопротивления ступеней пускового реостата
Под электромеханической характеристикой двигателя постоянного тока понимается зависимость его угловой скорости  от тока якоря  = f ( Iя ), а под механической характеристикой – зависимость угловой скорости  от электромагнитного момента :  =  ( М )

Уравнения этих зависимостей для двигателей параллельного или независимого возбуждения имеют вид

Для электромеханической характеристики :
U R_я

 = - I_я (6.17)

kФ kФ
для механической характеристики :
U R_я

 = - М (6.18)

kФ (kФ)²
где Ф – поток возбуждения двигателя, Вб,

U – напряжение сети постоянного тока, В,

R_я = R_я + R_д.я – суммарное сопротивление якорной цепи двигателя, включающее в себя R_я – внутреннее сопротивление якорной цепи двигателя, вбирающее в себя сопротивление обмоток якоря, компенсационной обмотки и обмотки дополнительных полюсов, а также переходное сопротивление щеточного контакта, Ом,

R_д.я –дополнительное сопротивление, включенное последовательно в цепь якоря, Ом,

I_я – ток цепи якоря, А,

 - угловая скорость, рад/с.

Построение естественной характеристики (U = U_ном, Ф = Ф_ном, R_я=R_я) производится обычно по двум точкам (точкам идеального холостого хода и номинального режима).

Точка идеального холостого хода имеет координаты :


U_ном

[ I_я = 0 (М=0);  = ₀ = ]

kФ_ном
Точка координаты номинального режима работы :
[I_я = I_{я ном} (М = М_ном );  = _ном ]

При отсутствии данных о номинальном потоке Ф_ном и конструктивном коэффициенте k можно найти их произведение k*Ф_ном при номинальном режиме работы.

Если поток в дальнейшем не изменяется, а это так, если вы не регулируете поток двигателя, то С = k*Ф_ном остается постоянным для всех режимов работы двигателя.

U_ном – I_{я ном} *R_я

С = (6.19)

_ном
График механической характеристики представлен на рисунке 1.
, с^-1




₀
_н ест
₃ 3
₂

2

₁

1
0 М_н М₂ М_п М, Н*м
Рисунок 1 - Механическая характеристика
При пуске двигателя постоянного тока от сети с номинальным напряжением с целью снижения пусковых токов ( ограничения их на допустимом уровне ) в цепь якоря включают дополнительные сопротивления, которые затем ступенчато выводятся по мере разгона двигателя.

Расчет этих сопротивлений может производиться аналитически [4], [5], [6] или графоаналитически [3], [4], [6], [7], [12].

Ниже поясняется графоаналитический способ определения сопротивлений ступеней пускового реостата (рисунок 1). На оси момента ( или тока, если оперируете значениями допустимого тока) откладываете значение допустимого момента М_п . Проводите прямую из этой точки параллельно оси скорости. Откладываете значение момента переключения М₂, равное (1,2-1,3)М_с = М₂, и проводите из этой точки прямую, параллельную оси скорости.

Через точки с координатами (  = ₀; М = 0) и (М = М_п;  = 0) проводите первую характеристику диаграммы пуска ( рисунок 1 ).

Добавочное сопротивление, которое необходимо включить в цепь якоря, чтобы двигатель имел эту характеристику, равно:

U_ном

R_я.доб1 = - R_я (6.20)

I_{я доп}
где I_{я доп} – допустимое значение тока якоря двигателя, определяемое его перегрузочной способностью или заданным пусковым моментом М_п.
М_п

I_{я доп} =   I_{я ном}

С
По мере разгона двигателя увеличивается ЭДС якоря и, соответственно, уменьшается ток якоря.

При достижении скорости производят переключение ступеней пускового реостата ( уменьшают добавочное сопротивление) , и двигатель переходит на следующую характеристику (2).

Добавочное сопротивление для этой ступени определяется так :
U_ном - *С

R_я.доб2 = - R_я (6.21)

I_{я доп}
Аналогично для 3-ей ступени
U_ном - ₂*С

R_я.доб3 = - R_я

I_{я доп}
Для асинхронного двигателя под механической характеристикой понимают соотношение между моментом двигателя и скольжением. Упрощенное уравнение механической характеристики (формула Клосса ) :

М = (6.22)

₀ - 

где S = - скольжение ротора двигателя,

₀

₀ – угловая скорость идеального холостого хода (синхронная скорость), рад/с,

 - текущее значение скорости, соответствующее моменту нагрузки, рад/с,

М_кр – критическое (максимальное значение) момента двигателя , Нм,

S_кр – критическое скольжение, соответствующее М_кр.

Определить критическое скольжение можно по уравнению :


S_кр = S_н (    ²   ) (6.23)
₀ - _ном

Где S_ном = - номинальное скольжение,

₀

М_кр

 = - перегрузочная способность двигателя.

М_ном
Расчет ступеней пускового реостата, включенного в цепь ротора, изложен в [2], [4], [6], [11], [12], и основывается на следующем положении. При включении симметричных сопротивлений в цепи ротора изменяется значение критического скольжения, а критический момент остается неизменным. Из этого следует, что для одного и того же значения момента справедливо :
Sе R^/_2е R_2е

S_и R^/_2е + R^/_2доб R_2е + R_2доб (6.24)
где Sе, S_и – значение скольжения на естественной и искусственной характеристиках при заданном значении момента,

R^/_2е – сопротивление фазы ротора,

R^/_{2доб –} добавочное сопротивление в цепи фазы ротора.

Порядок графоаналитического расчета :

• 
  строится естественная механическая характеристика (рисунок 2);
  
• 
  на оси моментов откладываются значения наибольшего момента двигателя при пуске М₁ и значение момента переключения М₂ ;
  
• 
  проводятся две прямые из этих точек параллельно оси скольжения;
  
• 
  строится пусковая диаграмма;
  
• 
  На прямой, соответствующей номинальному моменту, отмечаются точки S_и1, S_и2 ,… ;
  
• 
  По уравнению (6.24) определяют R_2доб1 R_2доб2 и т.д.
  

S




Р
исунок 2 - Пусковая диаграмма асинхронного двигателя
Активное сопротивление фазы ротора, соответствующее номинальному режиму работы, рассчитывается по формуле
U₂

R_2е = S_и (6.25)

I₂
где U₂ – напряжение на концах ротора в заторможенном состоянии ротора, В,

I₂ - номинальный ток ротора, А,

S_н – номинальное скольжение.