РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕИЯ. Курсовик. Расчет электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждеия

• Название: Расчет электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждеия
• Анкор: РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕИЯ
• Дата: 02.01.2023
• Размер: 239.92 Kb.
• Имя файла: Курсовик.docx
• Тип: Реферат; #870445

Содержание
Введение.………………….……………………………………………….………...3

1. Расчет моментов нагрузки и моментов инерции производственного механизма……………………………………………………………………...……….....5

1.1. Выбор типа электропривода…………….……………………..……............…6

1.2. Предварительный выбор двигателя по мощности…………………….……...6

2 Построение естественных механической и электромеханических характеристик электродвигателя….……………...……….……………………..……………11

3. Динамическое торможение машины постоянного тока…………………....…15

Заключение………………………………………………………………………….17

Список использованных источников……..………..…………………………...…18

Введение

Электрические машины постоянного тока широко применяются в различных отраслях промышленности. Значительное распространение электродвигателей постоянного тока объясняется их ценными качествами: высокими пусковым, тормозным и перегрузочным моментами, сравнительно высоким быстродействием, что важно при реверсировании и торможении, возможностью широкого и плавного регулирования частоты вращения.

Электродвигатели постоянного тока используют для регулируемых приводов, например, для приводов различных станков и механизмов. Мощности этих электродвигателей достигают сотен киловатт.

Целью данной работы является расчет электропривода с двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Проектирование электрической машины представляет собой сложную задачу. Для её разрешения требуются глубокие теоретические знания, многие опытные данные и достаточно подробные сведения о назначении машины и условия, в которых она будет работать.

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕИЯ.

1. 
   В качестве регулируемого электропривода принять привод по­стоянного тока индивидуального изготовления с параметрическим ре­гулированием скорости изменением активного сопротивления в цепи обмотки якоря.
   
2. 
   Кинематическая схема электропривода имеет вид, представлен­ный на рис. 1.
   

Рис. 1. Кинематическая схема электропривода:

1-двигатель постоянного тока; 2-муфта; 3-редуктор;

4-рабочий орган исполнительного механизма.

3. 
   Электропривод должен обеспечить следующие технологические частоты вращения рабочего органа производственного механизма и вре­мя работы с этими частотами вращения:
   

Первая технологическая частота вращения механизма = -120 .
Вторая технологическая частота вращения механизма = 80 .
Время работы на первой технологической частоте вращения = 20 с.
Время работы на второй технологической частоте вращения = 30 с.
Время паузы = 110 с.
Момент сопротивления механизма - M_мех = 250 Н·м.
Характер нагрузки - активная.
KПД передачи при максимальной частоте вращения ɳ = 0,95.
Момент инерции механизма = 50 кг· .

1. Расчет моментов нагрузки и моментов инерции производственного механизма.
1) Пересчитаем частоты вращения производственного механизма на угловые скорости:

, .
где – частота вращения производственного механизма на i-м интервале

времени, об/мин.

.
.
2) Время цикла работы механизма:
= + + = 20+30+110=160 с.
3) По данным расчетов произведем построение диаграммы скорости и нагрузочной диаграммы производственного механизма, результаты построений приведены на рис. 2.1. и рис. 2.2.



Рис. 2.1. Диаграмма скорости производственного механизма.



Рис. 2.2. Нагрузочная диаграмма производственного механизма для активной нагрузки

1. 
   . Выбор типа электропривода.
   

Выбор рода тока_: типа и конструктивного исполнения двигателя ос­новывается на анализе технологических требований и условий работы произ­водственного механизма. Основными факторами, определяющими род тока, тип и конструктивное исполнение двигателя, являются:

• 
  показатель регулирования скорости (диапазон, плавность, ста­бильность скорости и т. д.);
  
• 
  режим работы производственного механизма;
  
• 
  производительность и надежность установки;
  
• 
  основные затраты и эксплуатационные расходы на электрообо­рудование.
  

В курсовой работе расчет ЭП производится с двигателем постоянного тока независимого возбуждения без учета технико-экономических показателей, на основании технического задания.
1.2. Предварительный выбор двигателя по мощности.
При найденных угловых скоростях и моментах производственного механизма мощность равна:
= ,кВт.

= = 250 12,56 = 3.14, кВт.

= = 250 8,37 = 2.09, кВт.
Для двигателя постоянного тока, выполненного в закрытом самовентилируемом исполнении, коэффициент ухудшения теплоотдачи

0,45 0,55

Принимаем

Приближенно зависимость коэффициента ухудшения теплоотдачи от уг­ловой скорости можно считать линейной:
= +(1- ) .
=0.5+(1-0.5) = 1;
=0.5+(1-0.5) = 0,66.
где = 0.5 - коэффициент ухудшения теплоотдачи при неподвижном якоре (роторе).
По нагрузочной диаграмме механизма (нагрузки отнесены к валу меха­низма) определяется среднеквадратичное значение мощности за время работы с помощью формулы:

Pэ= ,кВт.
где т - число рабочих участков в цикле;

P_i - мощность на i-м интервале;

t_pi - продолжительность i-го интервала;

βi - коэффициент ухудшения теплоотдачи на i-м интервале, соот­ветствующий значению угловой скорости _i на этом интервале: со_тах - максимальная скорость производственного механизма.
Pэ= = ,кВт.
Расчетная продолжительность включения:
= ·100%
где − продолжительность i-го интервала времени работы в цикле;

m − число рабочих интервалов в цикле;

− продолжительность j-го интервала времени паузы в цикле;

n − число пауз в цикл.
= ·100% = ·100% = 31.25%

Каталожная продолжительность включения выбирается из ряда номинальных значений: 15 %, 25 %, 40 %, 60 %, 100 %.

Среднеквадратичная мощность на ближайшую каталожную продолжительность включения:

= · ,кВт.

= · = 2.9· = 3.24 ,кВт.

= · = 2.9· = 2.56 ,кВт.

где − ближайшая к расчетной каталожная продолжительность включения.
По полученному значению мощности и максимальной угловой скорости

вращения механизма определяется расчетная мощность двигателя:
= · ,кВт.

= 25% ; = · = ,кВт.
= 40% ; = · = ,кВт.
где = 1.1− коэффициент запаса, учитывающий отличие нагрузочной

диаграммы двигателя от диаграммы механизма.

− коэффициент полезного действия передачи.
По каталогу выберем несколько электродвигателей ближайшей боль-

шей мощности с различными номинальными частотами вращения.

Тип	,кВт	n,	+ ,Ом	,кг·	,В	,А	ПВ
ДП-21	4,5	1050	0,94	0.125	220	26	25%
Д-22	4,8	1150	0,57	0.155	220	26	40%
ДП-21	5,5	1470	0,072	0,125	220	31,5	25%
Д-21	4,4	1500	0,531	0,125	220	24,5	40%

Номинальные скорости двигателя:
= , ;
= = , .
= = , .
= = , .
= = , .
Для каждого двигателя вычислим расчетное передаточное отношение (число) редуктора:

= ;
= = =8.75;
= =9.55;
= =12.2;
= =12.5;

где - номинальная скорость двигателя;

- максимальная скорость производственного механизма.
Для каждого двигателя определяется оптимальное, по условию минимизации времени пуска, передаточное отношение редуктора:

.

где − момент инерции производственного механизма;

− момент инерции ротора двигателя;
k = 1.05 ÷ 1.3 − коэффициент, учитывающий момент инерции редуктора. Принимаем k=1.1:

= =19.1;

= = 117.2;

= =19.1;

= =19.1;
Для каждого двигателя определяется отношение выбранного стандартного передаточного отношения редуктора к оптимальному передаточному

отношению:

= ;
= = =0.4;
= = =0.55;
= = =0.63;
= = =0.65;

Двигатель с ɵ_i, наиболее приближенной к единице, принимается в качестве приводного. Исходя из полученных данных, для дальнейших расчетов выбираем двигатель тихоходного исполнения Д-21. ПВ=40%.
Промышленность выпускает одно-, двух- и трехступенчатые редукторы с

передаточным числом из стандартного ряда: 1,0; 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0;

2,24; 2,5; 2,8; 3,15; 3,55; 4,0; 4,5; 5,0; 5,6; 6,3; 7,1; 8,0; 9,0.

Необходимое стандартное передаточное отношение редуктора можно найти следующим образом:

.

где − стандартное передаточное число редуктора;

x − целое число.

Стандартными передаточными отношениями являются числа: 1,12; 11,2; 112 и т. д. Стандартное передаточное отношение редуктора выбирается как ближайшее меньшее к расчетному:

≤ .

поэтому стандартные передаточные отношения редукторов составят:

;

2. Построение естественных механической и электромеханических характеристик электродвигателя.

Для построения электромеханической характеристики двигателя независимого возбуждения, естественной или реостатной, достаточно знать лишь две ее точки, поскольку все электромеханические характеристики теоретически представляют собой прямые линии. Эти две точки для каждой характеристики могут быть любыми, однако построение каждой из рабочих электромеханических характеристик удобно производить по точкам, одна из которых соответствует статическому току двигателя и технологической скорости, другая – скорости идеального холостого хода при токе якоря, равном нулю.

Для определения статического тока необходимо рассчитать статический момент механизма, приведенный к валу двигателя.

= = = 21.9 ,Н·м
Для определения значения статического тока якоря двигателя выполним промежуточные вычисления.

Найдем сопротивление обмотки якоря горячее при температуре

двигателя, равной 75 С:

= 1,24· ,Ом.

= 1.24· ( ) = 1.24· (0.531)=0.658,Ом.
где − сопротивление обмотки якоря двигателя при 15˚C, Ом;

− сопротивление добавочных полюсов двигателя при 15˚C, Ом;
Определим номинальную скорость двигателя
= = =157, .

Коэффициент ЭДС и электромагнитного момента:
= , ;

м
Определим статический ток якоря двигателя
= = = 16,8 ,А.

Рассчитаем скорость идеального холостого хода
= - = =169,4, .

Определим технологические скорости вращения двигателя:
= = = -150,7 , ;
= = = 100,4 , ;


По расчетным значениям технологических скоростей вращения двигателя , статическим токам якоря двигателя и скорости иде­ального холостого хода двигателя необходимо построить электро­механические характеристики.

Для двигателей постоянного тока пуск, реверс, торможение, а также регулирование скорости должно осуществляться при наложен­ных на ток и момент ограничениях. В электроприводах постоянного то­ка с релейно-контакторной схемой управления ток якоря ограничивают введением на время пуска в цепь обмотки якоря двигателя добавочных сопротивлений.

Максимальный ток якоря двигателя следует ограничить из условия удовлетворительной коммутации на коллекторе на уровне.

где = 2,2 - коэффициент допустимой перегрузки двигателя по току.
Найдем максимально допустимый ток якоря выбранного двигателя:
= 24,5 2.2 = 53,9 А.
Порядок построения пусковых ха­рактеристик

• строится первая технологическая характеристика электропри­вода;

• строится первая пусковая электромеханическая характеристи­ка - 3 электропривода. Характеристика 3 проходит через две точки: ско­рость идеального холостого хода при токе якоря, равном нулю ( ,I = 0). и допустимый ток двигателя при нулевой скорости;

• определяется ток переключения , который принимается из условия
≥ (1.1//1.2)· ;
• в точке с координатами ( , ) происходит замыкание пер­вого пускового сопротивления и двигатель переходит на вторую пусковую характеристику 4. Таким образом, характеристика 4 прохо­дит через две точки: скорости идеального холостого хода ( ₀ при токе якоря, равном нулю (I = 0), и допустимого тока при скорости, равной .

W1-первая техническая характеристика

W2-вторая техническая характеристика

3-первая пусковая характеристика электропривода

4 – вторая пусковая характеристика электропривода

Из уравнения электромеханической характеристики по заданным , и известным найдем Добавочные сопротивления для каждой из технологических характеристик :
= - ,Ом;
= - = - 0.656 = 0,787, Ом;
= - = - 0.656 = 4,656 ,Ом;
где - угловая скорость двигателя на i-ой характеристике:

- статический ток двигателя на i-он характеристике.
Из уравнения электромеханической характеристики по известным найдем пусковое сопротивление для первой пусковой характеристики 3
= - = – 0,656 = 0,165 ,Ом.

По известным и найдем пусковое сопротивление для второй пусковой характеристики 4,
= - = - 0.656 = 1,98 ,Ом.


Таким образом, добавочные сопротивления для технологических и пусковых характеристик найдены.

3. Динамическое торможение машины постоянного тока.

Переход с первой рабочей точки во вторую рабочую точку будем осуществлять с помощью динамического торможения двигателя. Дина­мическое торможение осуществляется путем отключения якорной цепи двигателя от питающей сети и подключения к ней нагрузочного сопро­тивления. Схема динамического торможения двигателя постоянного то­ка независимого возбуждения приведена на рис. 4.


Рис. 4. Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения в режиме динамического торможения.

Так как динамическое торможение должно происходить при нало­женных на момент и ток двигателя ограничениях ( ), а тормо­жение производится с технологической скорости = 90 , то выражение для расчета сопротивления динамического торможения при­обретает следующий вид:
= - = - 0.656 = 10,8 ,Ом.
Как следует из расчетов, сопротивление динамического торможе­ния = 10,8 ,Ом.

Уравнение электромеханической характеристики электропривода в режиме динамического торможения:
= = = -215.46 , .
где = сопротивление якорной цепи двигателя в режиме динамического торможения;

- сопротивление динамического торможения.


Заключение
В данной работе был выполнен расчет двигателя постоянного тока независимого возбуждения. За основу была взята машина серии Д-21 В частности было произведено определение параметров двигателя, рассчитан номинальный электромагнитный момент двигателя, произведен расчет статистического тока якоря, также минимально допустимый ток якоря, скорость холостого хода и технологические скорости вращения двигателя. Был произведен расчет добавочных сопротивлений машины и электромеханических характеристик электропривода постоянного тока.

Список использованных источников

1. Справочник по электрическим машинам: в 2 т.; под общ. ред. И. П. Ко-

пылова, Б. К. Клокова. – М. : Энергоатомиздат, 1989. – 688 с.

2. Вешеневский, С. Н. Характеристики двигателей в электроприводе /

С. Н. Вешеневский. – М. : Энергия, 1977. – 432 с.

3. Башарин, А. В. Примеры расчетов автоматизированного электропривода /

А. В. Башарин, Ф. Н. Голубев, В. Г. Кепперман. – Л. : Энергия, 1971. –

440 с.

КР–УлГТУ–13.03.02. –2.3.09–22

№ докум.

Подп

Изм

Лист

Дата

Лист