Практическая работа по электроприводу. Практическая работа. Методические указания к выполнению расчетнографической работы по дисциплине Электрический привод оглавление введение

• Название: Методические указания к выполнению расчетнографической работы по дисциплине Электрический привод оглавление введение
• Анкор: Практическая работа по электроприводу
• Дата: 29.01.2021
• Размер: 1.16 Mb.
• Имя файла: Практическая работа.rtf
• Тип: Методические указания; #172314

ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Методические указания к выполнению

расчетно-графической работы

по дисциплине «Электрический привод»

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Определение мощности двигателя

2. Динамический расчет привода

3. Примерный расчет электрического привода и определение его динамических свойств

Варианты заданий на РГР

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Данная методика позволяет произвести расчет электрического привода (двигателя и инвертора) для обеспечения требуемого рабочего режима механизма.

Все нижеприведенные расчеты корректны до скоростей, не превышающих номинальную скорость двигателя (первая зона). Для расчетов на скоростях второй и третьей зоны, необходимо иметь данные по моментной характеристике двигателя на повышенных скоростях. Эти данные можно получить у производителей двигателей. Расчет производится в этом случае по отрезкам скорости в различных диапазонах скоростей. Если данные по моментной характеристике двигателя для второй зоны не удается получить, для приблизительного расчета можно принять следующее: с увеличением скорости в 2 раза, момент уменьшается в 3-4раза (необходимо помнить, что это только для приблизительного ориентировочного расчета, т.к. падение момента у разных типов двигателей различно!).

Необходимо так же учитывать, что и перегрузочная способность асинхронного двигателя так же уменьшается на скоростях выше номинальной.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
Для выбора мощности двигателя необходимо знать рабочий момент нагрузки M_н момент инерции нагрузки J_н, рабочие скорости, требуемое время разгона t_р и торможения t_т.

Рабочий момент определяет силовую работу привода на постоянной скорости (установившийся режим). Инерция нагрузки, величина рабочей скорости и требуемое время разгона-торможения определяют динамику привода.

Значение рабочего момента и рабочей скорости позволяет сделать предварительный выбор привода по мощности: M_ном > M_н.

Момент двигателя определяется следующей формулой:
, (1)
где M_ном – номинальный момент двигателя, Нм;

Р_ном – мощность двигателя, кВт;

N_ном – номинальные обороты двигателя, об/мин.

На основе заданного момента и необходимого числа оборотов выбирается мощность двигателя: инерция двигатель электрический привод
. (2)
Данная формула справедлива для асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока, что может помочь при замене привода постоянного тока на частотно-регулируемый асинхронный привод

Необходимо помнить, что при расчете необходимо в обязательном порядке пользоваться величинами моментов и моментов инерции нагрузки, приведенных к валу двигателя с учетом имеющегося редуктора. В противном случае расчет некорректный.

Момент нагрузки, приведенный к валу двигателя с учетом редукции:
, (3)
где M_ном.н. – момент нагрузки, приведенный к валу двигателя, Нм;

М_н – момент нагрузки, Нм;

i – коэффициент редукции (передаточное число).

Момент инерции, приведенный к валу двигателя с учетом редукции
, (4)
где J_ном.н. – момент инерции нагрузки, приведенный к валу двигателя, кгм²;

J_н – момент инерции нагрузки, кгм²;

i – коэффициент редукции (передаточное число).

После предварительного выбора проводится уточнение выбора привода с учетом требуемой динамики. Здесь более полно учитываются требования к приводу. При этом дополнительно рассматриваются режимы разгона и торможения.

Участок разгона привода

В этом режиме нагрузку приводу создают динамический момент нагрузки M_дин и статический момент M_ст, действующий в период разгона (обычно это сила трения механизма, но бывают и более серьезные нагрузки, например поршневой компрессор или шнек экструдера). Т.е. в некоторых случаях статическим моментом в период разгона можно пренебречь (небольшой момент трения), а в некоторых случаях его необходимо учитывать (где этот момент достаточно существенный).

Динамический момент нагрузки в период разгона определяется формулой:
, (5)
где M_дин – динамический момент нагрузки, Нм;

t_с – время изменения скорости, сек;

∆n – диапазон изменения скорости, об/мин.

J_ном.н – момент инерции нагрузки, приведенный к валу двигателя, кгм².

Суммарный момент нагрузки, действующей на привод в период разгона будет равен:
M_раз = M_дин + M_ст , (6)
где М_раз – суммарный момент нагрузки, приложенный к двигателю в процессе разгона, Нм;

M_ст – статический момент нагрузки, приведенный к валу двигателя, Нм.

Работа привода в установившемся режиме

Это режим работы на постоянной скорости с приложенной рабочей нагрузкой. В этом случае основной нагрузкой является рабочий момент M_н.

Работа привода в режиме торможения

Это режим заданного замедления привода. Момент нагрузки, приложенный к двигателю, в данном случае будет:
M_тор = M_дин - M_ст , (7)
где M_тор – момент нагрузки, приложенный к двигателю в процессе торможения, Н.

Далее рассчитывается эффективный момент нагрузки:

, (8)
где М_эфф – эффективный момент нагрузки, Нм;

М_раз – момент нагрузки в период разгона, Нм;

M_н – рабочий момент нагрузки в установившемся режиме, Нм;

M_т – момент нагрузки в период торможения, Нм;

t_раз – время разгона, сек;

t_уст – время в установившемся режиме, сек;

t_т – время торможения, сек.

На основе полученного значения эффективного момента нагрузки производится уточненный выбор двигателя по условию:
М_ном > М_эфф . (9)

2. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА
Выбрав двигатель на основе значения требуемого значения эффективного момента М_эфф. производится динамический расчет привода.
2.1 РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ РАЗГОНА ПРИВОДА
Расчет времени разгона привода t_раз определяется по формуле:
, (10)
где J_ном.н – момент инерции нагрузки, приведенной к валу двигателя, кгм²;

J_р – момент инерции ротора двигателя, кгм²;

N_max – максимальная скорость двигателя, об/мин;

N_min – минимальная скорость двигателя, об/мин;

M_ном.н. – номинальный момент двигателя, Нм;

M_ст – момент нагрузки (трение и т.п.), приведенный к валу двигателя, Нм;

К – перегрузочный коэффициент привода.

Пояснение. Для расчета обычно принимается N_min = 0 об/мин. Перегрузочный коэффициент К берется из силовых характеристик инвертора, например при перегрузочной способности инвертора по моменту 150%, перегрузочный коэффициент К будет равен 1,5.

Если расчетное время разгона не удовлетворяет заданию, выбирается инвертор или весь привод большей мощности и производится повторный расчет.

2.2 РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ТОРМОЖЕНИЯ ПРИВОДА
Возможно использование привода без тормозного резистора, в этом случае рассчитывается минимальное время, за которое инвертор способен остановить двигатель с данной нагрузкой без генераторного режима. Если это время не удовлетворяет условиям эксплуатации, тогда производится расчет привода с использованием тормозного резистора.

Минимальное время торможения без тормозного резистора:
, (11)
где t_тор – минимально возможное время торможения без использования тормозного резистора, сек;

J_ном.н – момент инерции нагрузки приведенный к валу двигателя, кгм²;

J_р – момент инерции ротора двигателя, кгм²;

N_max – максимальная скорость привода, об/мин;

N_min – минимальная скорость привода, об/мин (обычно принимается 0 об/мин);

M_ном – номинальный момент двигателя, Нм;

M_ст – момент нагрузки (трение и т.п.), приведенный к валу двигателя, Нм;

В – коэффициент торможения.

Значения коэффициентов торможения В для электродвигателей различной мощности приведены в табл. 1.
Табл. 1. Значения коэффициентов торможения В

Мощность электродвигателя, кВт	Коэффициент торможения В
до 1,5 2.2-4,0 5,5-11,0 15,0-45,0 55,0 - 75,0 более 75,0	0,25 0,2 0,15 0,08 0,05 0,03

Если время торможения привода без тормозного резистора не удовлетворяет техническим требованиям на привод, производится расчет привода для режима торможения по заданному времени с использованием тормозного резистора (естественно, при наличии в инверторе тормозного транзистора).

Для этого определяется необходимый тормозной момент для замедления привода за заданное время t_тор.
, (12)
где M_тор – требуемый тормозной момент для остановки привода за заданное время, Нм;

t_тор – заданное время остановки привода, сек.

На основании полученных данных определяется пиковая тормозная мощность, обеспечивающая необходимый момент торможения:
, (13)
где P_{пик.тор} – пиковая тормозная мощность, Вт.

Затем определяется пиковая мощность тормозного резистора из условия:
P_{пик.тор.р}.> P_{пик.тор} , (14)
где P_{пик.тор.р} – пиковая мощность тормозного резистора, Вт

Исходными данными для расчета самостоятельно изготавливаемого тормозного резистора могут служить следующие данные:

 уровень напряжения включения тормозного резистора для инверторов класса 400В равен 750В;

 допустимое сопротивление тормозного резистора обычно указывается в технических данных на инвертор, при отсутствии этих данных рассчитывается исходя из номинального тока инвертора:
, (15)
где R_тор.р – сопротивление тормозного резистора, Ом;

I_ном. – номинальный ток инвертора, А.

Пиковая мощность тормозного резистора: P_тор.р = RI²_ном.

Конструкция самодельного резистора должна обеспечивать длительное рассеивание мощности, составляющей не менее 0,1 P_{пик.тор}.

При этом может оказаться, что полученное значение сопротивления не обеспечивает необходимую мощность торможения P_{пик.тор.р} > P_{пик.тор}. Это означает, что мощности данного инвертора недостаточно для реализации торможения за заданное время (ограничение по току). В этом случае, необходимо или дополнительно устанавливать блоки торможения (если привод удовлетворяет требованиям по разгону и работе в установившемся режиме), или увеличивать мощность инвертора до уровня тока, который обеспечивает необходимую мощность торможения.

При использовании инверторов фирмы КЕВ тормозной резистор проще всего выбрать из типового ряда. Маркировка, как резистора, так и инвертора, содержит в себе одинаковый номер, соответствующий типоразмеру (габариту) мощности привода. Если мощность резистора P_{пик.тор.р} (по расчету или в результате выбора из типового ряда) достаточна для обеспечения торможения, можно рассчитать минимально возможное время замедления привода с данным тормозным резистором:

, (16)
где t_тор.min – мин. время торможения при использовании тормозного резистора, сек.

Условием корректности расчета минимального времени торможения является выполнение соотношения:
. (17)
При работе с тормозным резистором необходимо учитывать фактор допустимой цикличности торможения, чтобы не допустить перегрева встроенного тормозного транзистора и установленного тормозного резистора. Для стандартного комплекта привода КЕВ максимальная допустимая цикличность торможения составляет 40% при базовом времени цикла 120 сек (цикл работы привода: разгон - работа в установившемся режиме - торможение - отключение). Т.е., привод не должен находиться в режиме торможения более 40 сек в течение 120 сек. работы.

Таким образом, порядок выбора привода следующий:

1. Определение расчетной мощности двигателя по эффективному моменту нагрузки.

2. Проверка выбранного двигателя по перегрузочной способности привода.

3. Динамический расчет привода (определяется расчет времени разгона и расчет времени торможения).

При невыполнении заданных характеристик, выбирается либо инвертор, либо весь привод большей мощности и проводится повторный расчет.

3. ПРИМЕРНЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Задача. Работа электрического привода характеризуется следующими данными:

1. 
   нагрузочная диаграмма (рис. 1):
   

М_с1 = 40нмt₁ = 20сек

М_с2 = 15нмt₂ = 60сек.


Рис. 1. Нагрузочная диаграмма

2. 
   тахограмма _уст=140рад/сек (n=140 9,55=1337)
   

время разгона – t_р=8с;

время торможения – t_т=8с;

время установившегося движения – t_уст=77с;

время останова (паузы) t_о=10с.

3. 
   приведенный момент инерции: J=0,8кгм².
   

Необходимо: определить мощность двигателя произвести выбор двигателя и произвести динамический расчет привода.

1. 
   Определение расчетной мощности двигателя
   

1.1. Определяется расчетный момент М_расч двигателя:
М_расч = k_зМ_сэ

где М_сэ – эквивалентный момент нагрузки;

k_з – коэффициент запаса учитывающий динамические режимы электрического двигателя когда он работает с повышенными токами и моментами.(принимаем k_з = 1,2).

М_расч = k_зМ_сэ = 1,2

1.2. Определяется расчетная мощность двигателя:
Р_расч = М_расч∙ _расч
Принимается _расч = _уст, тогда:
Р_расч = М_расч∙ _уст = 28,7∙140 = 4018 Вт.
По каталогу выбирается двигатель с ближайшими большими значениями мощности и скорости, т.е. Р_н.дв. ≥ Р_расч и _н.дв ≥ _{уст
уст} = ; n_уст. = 1337 об/мин.
Выбирается электродвигатель типа 4А112М4: Р_н = 5,5кВт, n_н = 1450об/мин, = 87%, cos = 0.85, I_н = 11,3А.
₁ = = 7, _м = = 3, _мп = ,
где _I – коэффициент нагрузки по току;

_м – коэффициент нагрузки по моменту;

_мп – коэффициент нагрузки по пусковому моменту.

J_р – момент инерции ротора.

1. 
   Проверка выбранного двигателя по перегрузочной способности привода
   

Производится проверка по перегрузке (учет требуемой динамики, т.е. М_дин разгона и М_дин торможения).

2.1. Рассчитывается М_дин.р=J∙2π f∙N_уст /60t_р=J∙ _уст /t_р= 8∙140/8 = 14 нм.

2.2. Рассчитывается М_дин.т = -J∙ _уст/ t_р= 0,8∙140/8 = -14 нм.

2.3. Момент двигателя на участке разбега:
М_дин.т = М_с1+ М_дин.р = 40+14 = 54 нм.
2.4. Момент двигателя на участке торможения:
М_т = М_с1+ М_дин.т = 15-14 = -1 нм.
2.5. Момент двигателя на участках установившегося движения (когда _н= _уст) равны М_с1 и М_с2, т.е. М_уст1 = М_с1 и М_уст2 = М_с2, так как М_дин=0.

2.6. Эффективный момент нагрузки:
М_эфф=


2.7. Определяется Р_{эфф .}= М_эф.∙ _уст = 25,7∙140 = 3749 Вт.

2.8. Определяется М_н.дв. = .

Учитывая, что _н = = = = 151,8 рад/сек, то

С учетом снижения питающего напряжения на 10% (вводится поправочный коэффициент = 0,85):

М^'_н.дв = 36,2∙0,85 = 30,77 ≈ 31 нм.

2.8. Производится уточненный выбор двигателя по условию:
М^'_н.дв ≥ М_эфф
В нашем случае 30,77 ≥ 26,7.

Условие выполняется, т.е. двигатель соответствует требованиям по перегрузке и условиям пуска.

3. Динамический расчет привода

Производится динамический расчет выбранного электрического привода.

3.1. Расчет времени разгона привода:

Время разгона удовлетворяет заданию:

t_разг < t_{зад } 7,8сек < 8сек

3.2. Время торможения без тормозного резистора

М_н = 0, т.к.двигатель отключен от сети.

3.3. Расчет привода для режима торможения с тормозным резистором.

Заданное время торможения t_т=4сек, тогда тормозной момент для замедления привода за t_т = 4сек:


Пиковая тормозная мощность, обеспечивающая необходимый тормозной момент:

Пиковая тормозная мощность тормозного резистора должна быть

Р_{пик.т.р.} ≥ 3920Вт,

но допустимое сопротивление тормозного резистора:

где I_н = номинальный ток инвертора.

Для двигателей мощностью Р_н = 5,5 кВт номинальный ток инвертора I_н = 20 А.

Пиковая тормозная мощность резистора:
Р_тор.р.= R∙I² = 37,5∙(20)² = 15000 Вт.
По каталогу на основании Р_тор.р.; R_т.р.; I_н выбирается ящик резисторов типа СН-16, состоящий из 8 элементов типа ШЭ (штамповочные элементы), имеющий следующие параметры:

Р_т.р.= 16000 Вт,R_тр.= 40 Ом,I_дл.доп = 60 А.

Варианты заданий на РГР

№ варианта	Время t, мин			Скорость механизма	Момент сопротивления Мс, Н·м			Суммарный момент инерции	Время пуска	Время останова Свободный выбег	Время торможения с Rт
	t1	t2	t3	ω, рад/с	Мс1	Мс2	Мс3	J, кг·м2	tп , сек	tост, сек	tт, сек
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	3	5	2	100	100	50	50	2,5	5	15	8
2	2	4	5	100	150	100	50	1,0	3	10	5
3	1	6	1	300	200	100	100	2,0	5	15	8
4	5	5	5	100	100	200	50	2,0	5	15	8
5	11	20	10	150	100	100	100	4,0	8	20	10
6	5	15	10	150	200	50	50	1,5	3	10	5
7	3	13	2	150	50	150	50	1,5	3	10	5
8	2	4	2	100	100	250	100	3,0	5	15	8
9	7	8	6	150	80	150	80	2,5	5	15	8
10	2	1	5	300	100	200	80	6,0	10	20	10
11	3	3	4	300	80	150	100	3,5	8	10	5
12	4	10	3	100	100	200	100	2,0	5	8	4
13	3	2	1	150	50	100	50	1,5	3	5	3
14	14	3	10	100	150	200	100	7,0	10	20	10
15	7	2	2	150	80	100	50	4,2	6	15	8
16	2	7	5	300	200	150	100	3,0	5	10	5
17	1	3	5	300	300	200	150	2,5	4	8	4
18	3	2	2	100	300	250	3,5	5	5	10	5
19	7	3	2	100	50	200	100	2,0	4	8	4
20	2	3	3	150	100	250	50	1,5	3	5	3
21	5	2	3	100	200	350	200	2,5	3	8	4
22	7	10	4	300	100	200	150	1,0	3	5	2,5
23	5	7	3	150	50	250	100	2,0	3	10	5
24	6	3	2	100	100	300	150	4,0	5	15	8
25	7	5	3	300	50	300	100	3,0	4	10	5
26	8	5	2	150	300	300	300	3,5	5	15	8

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. В.В. Москаленко. «Электрический привод»: Учебное пособие для студентов учреждений СПО. – М.: Мастерство: Высшая школа, 2000. – 368 с.

2. И.И.Алиев. Справочник по электротехнике и электрооборудованию Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 2005. – 255 с.

3. Электротехнический справочник: в 4 т. Т. 4. Использование электрической энергии / Под общ. Ред. Профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. – 9-е изд., – М.: Издательство МЭИ, 2004. – 696 с.

Составители:

Анатолий Михайлович Донченко

Сергей Викторович Хавроничев

ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО

ДИНАМИЧЕСКИХ свойств
Методические указания к выполнению расчетно-графической работы

по дисциплине «Электрический привод»
Под редакцией авторов

Темплан 2007 г., поз. № 24.

Подписано в печать 30. 03. 2007 г. Формат 60×84 ¹/₁₆.

Бумага листовая. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 1,13. Усл. авт. л. 0,88.

Тираж 75 экз. Заказ №
Волгоградский государственный технический университет

400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28.

РПК «Политехник»

Волгоградского государственного технического университета

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.