Курсовая Электропривод. Разработка разомкнутой системы реверсивного электропривода производственного механизма

• Название: Разработка разомкнутой системы реверсивного электропривода производственного механизма
• Дата: 04.02.2023
• Размер: 6.06 Mb.
• Имя файла: Курсовая Электропривод.docx
• Тип: Курсовая; #919843
• страница: 2 из 3

;  ;  ; 

3) П 42.- ;  ;  ;  ;  ;

;  ;  ;  ;  ; 

Выбираем двигатель руководствуясь следующими данными:

,

где  - передаточное число редуктора

; 

;

;



;

;



 - 1) 

2) 

3) 

Выбираем двигатель серии П-42.

Для дальнейших расчетов выбираем ближаешее меньшее стандартное передаточное число редуктора и его тип РМ-500:   исполнение 3.

Рассчитываем мощность генератора:



В качестве генератора будем использовать двигатель типа П-41.

Рассчитываем мощность АД:



В качестве гонного двигателя используем асинхронный двигатель серии МТН с фазным ротором:

Тип МТН-111-6: ; ;  ; ;  ;

;  ;  ;  ;  ; 

6. Построение тахограммы и нагрузочных диаграмм

Тахограмма представляет собой зависимость  . Для построения тахограммы необходимо определить интервалы времени работы двигателя в каждом режиме:

Подъём:

1 интервал- время работы двигателя с   и длина участка пути:



2 интервал- время разгона двигателя и длина участка пути:



3 интервал- время перехода от   до   и длина участка пути:



4 интервал- время работы на   и длина участка пути:



где  - определяется на пятом интервале из условия, что после отключения напряжения обмотки возбуждения генератора   остановка произойдет в конечной точке при замедлении под действием статических сил сопротивления.

5 интервал- время замедления скорости тележки до “0” и длина участка пути:



где  -замедление тележки под действием статических сил сопротивления после отключения напряжения обмотки возбуждения генератора  , считая условно, что при этом   и соответственно   становится мгновенно равным нулю;

- момент статических сил сопротивления, приведенный к валу двигателя;

- момент инерции системы производственный механизм- двигатель, приведенный к валу двигателя;

- момент инерции произведенного механизма, приведенный к валу барабана;

6 интервал- время разгрузки:

Аналогично рассчитывается интервалы второй половины цикла. При этом время разгона двигателя и длина пути на спуске равны этим значениям на подъеме:

Спуск: 7 интервал:



8 интервал:



9 интервал:



10 интервал:



11 интервал:











12 интервал:

Нагрузочная диаграмма электропривода представляет собой зависимость   или  . Учитывая, что при построение нагрузочных диаграмм пренебрегаем электромагнитными постоянными времени системы Г- Д и принимаем  , то очевидно, что графики  ,   будут идентичны между собой на всех участках, а  - только в установившихся режимах. Момент двигателя, развиваемый при перемещение тележки, определяется из уравнения движения электропривода, записанного относительно вала двигателя:

;

где  - момент двигателя, Нм.

- момент статического сопротивления, приведенный к валу двигателя, с учетом потерь в редукторе и барабане, Нм.


соотношение между угловыми ускорениями двигателя, барабана и линейным ускорением тележки или угловое ускорение вала двигателя.



Подъем:

На 1 интервале двигатель должен преодолевать как статическую, так и динамическую нагрузки. При этом величина определяется:





 

На 2 интервале имеет место движение с  :



На 3 интервале имеет место замедления тележки:



 

4 интервал:



5 интервал: в момент времени   двигатель отключается от источника питания и тележка останавливается под действием сил статического сопротивления. При этом:

Аналогично рассчитываются и строятся графики   и  . Для второй части цикла:

Спуск:

7 интервал:





 

8 интервал:



9 интервал:





10 интервал:



11 интервал:

6. Проверка двигателя по перегрузочной способности и мощности

Построенная нагрузочная диаграмма позволяет проверить правильность выбора двигателя с точки зрения обеспечения перегрузочной способности. Если  , где  - максимальное значение момента двигателя, определяемое из нагрузочной диаграммы,  - перегрузочная способность двигателя по моменту,  - номинальное значение момента двигателя:











- условие выполняется.

Воспользуемся методом эквивалентного момента:

;

где m- число рабочих участков;

- момент двигателя на  -ом участке, Нм;

- время работы двигателя на  -ом участке, с;

- коэффициент ухудшения теплоотдачи на  -ом участке;

Приближенное зависимость коэффициента ухудшение теплоотдачи от угловой скорости можно считать линейной. Тогда для установившейся угловой скорости  :

;

где  - коэффициент ухудшение теплоотдачи при неподвижном якоре (роторе).







Эквивалентный момент равен:





С помощью выражения эквивалентного момента, реальная многоступенчатая нагрузочная диаграмма двигателя приводится к типовой (S3) эквивалентной по нагреву одноступенчатой нагрузочной диаграмме, рис.3; с эквивалентной продолжительностью включения:



где  ,  -продолжительность рабочего

участка и паузы.

;

где 









Как правило, рассчитанная   не совпадает со стандартной   двигателя, поэтому осуществить приведение полученных эквивалентных значений к ближайшим стандартным  :



Если номинальное значение соответствующего параметра предварительно выбранного двигателя со стандартным   будет больше (равно) расчетного, например,  , то выбор двигателя сделан правильно:



- условие выполняется.

7. Расчет и построение механических (электромеханических) характеристик электропривода

Расчет и построение характеристик   и проведем при допущении, что с изменением нагрузки двигателя ЭДС генератора остается неизменной, т.е. его приводной двигатель вращается с неизменной угловой скоростью. Тогда уравнение механической характеристики для  - го режима запишется в виде:

;

где  - значение ЭДС при которой двигатель работает в  - ом режиме, т.е. с   или   при движение тележки вверх или вниз, В;

- коэффициент ЭДС двигателя, Вс;

- статический момент сопротивления, приведенный к валу двигателя для  - го режима, Нм;

- суммарное сопротивление контура якорных цепей двигателя, генератора и соединенных приводов, взятое при рабочей температуре обмоток, Ом;

- сопротивление соединенных приводов, которое принимаем равным 





ЭДС генератора при подъеме:





ЭДС генератора при спуске:





Ток и момент короткого замыкания для соответствующего режима определяется выражениями:

; 

При подъеме:

 



При спуске:





8. Расчет и построение графиков переходных процессов электропривода  ,   и 

Переходные (динамические) режимы в двигателе связанные с изменением управляющего воздействия (ЭДС генератора) параметров якорной цепи или нагрузки на валу двигателя и т.д., приводят к изменению ЭДС, угловой скорости, момента и тока двигателя и соответственно механических и электромагнитных и тепловых переходных процессов, в виду на весьма большой инерционности и электромагнитных процессов в якорной цепи двигателя (генератора) из-за их быстрого протекания, не учитывают:

При расчете переходных процессов сделаны следующие допущения:

1. Магнитная система генератора не насыщена.

2. Влияние гистерезиса и вихревых токов мало и не учитывается.

3. Реакция якоря и последовательная обмотка генератора отсутствует, а ток якоря на цепь возбуждения не влияет.

4. Магнитный поток двигателя 

При скачкообразном приложение   к обмотке возбуждения ток будет нарастать по экспоненциальному закону. Для ускорения протекания электромагнитного процесса применяют форсировку, заключающегося в том, что на время пуска к обмотке возбуждения генератора прикладываются повышенное  . На рис.4 представлена схема цепи возбуждения генератора с дополнительным резистором  , шунтированным на время пуска контактом К2.

При достижение тока   величины   К2 размыкается и   на обмотке возбуждения ограничивается значением  . Чем больше первоначальное напряжение   тем быстрее идет нарастание   и выше его линейность на участке (0- ). От величины сопротивления резистора   зависит значение перенапряжение (ЭДС) в обмотке возбуждения в момент ее отключения.

;

где  - номинальное значение напряжения обмотки возбуждения;

- активное сопротивление обмотки возбуждения.

Чрезмерное перенапряжения может привести к пробою изоляции обмотки возбуждения. Обычно принимаем   тогда  ;



Сопротивление   для схемы включения определяется из выражения:



где  - коэффициент форсировки, показывающий во сколько раз приложенное напряжение   выше номинального  , обычно берется в пределах   т.к. дальнейшее его увеличения мало сказывается на уменьшение времени нарастание тока возбуждения.

Индуктивность обмотки возбуждения:



где  - число пар полюсов;

- величина магнитного потока, соответствующего определенному значению тока возбуждения  , Вб;

- число витков на полюсе;

- коэффициент рассеяния магнитного потока под полюсами.

Электромагнитная постоянная времени контура возбуждения:

; 

Величина напряжения на входе схемы возбуждения:

После подачи   на схему возбуждения генератора ток обмотки возбуждения начинает увеличиваться, изменяясь по экспоненциальному закону:



При достижение тока возбуждения величины  , расщунтируется резистор   время нарастания тока возбуждения до  : 

На первом участке  , двигатель неподвижен, уравнения равновесия ЭДС и напряжения якорной цепи системы Г-Д:

;

тогда:

;

;

где - ток короткого замыкания, соответствующая новой электромеханической характеристики  , на которой будет работать двигатель после окончания переходного процесса в генераторе.

Продолжительность первого участка определяется как:



когда в момент времени  ,   достигнет такой величины что обеспечит протекание тока   и  , после чего двигатель начнет вращаться. В соответствии с

;

где  - угловая скорость двигателя, соответствующая движению тележки со скоростью   и  .

- величина тока двигателя при соответствующей нагрузке



Уравнение ЭДС генератора

.

Из этого уравнения можно описать изменение ЭДС генератора на всех участках движения тележки. На участке   используется первое слагаемое, т.к. процесс начинается с момента подачи   на схему возбуждения генератора и . В момент времени   ЭДС генератора   достигает величины  , которая обеспечивает вращение двигателя в установившемся режиме с , и резисторе   расшунтируется.

На интервале   ЭДС генератора остается неизменной равной  .

Для второго и последующих участков уравнение равновесия ЭДС и напряжений записываются в виде:

где принято:  ;  ;  ;  .

После преобразования и решения получим исходные дифференциальные уравнения для определения   и  :





где   - электромеханическая постоянная времени привода, с;

- - ток короткого замыкания, на котором будет работать двигатель после окончания переходного процесса;

- - ток короткого замыкания, на котором работал двигатель до начала переходного процесса в генераторе, А;

- - угловая скорость идеального холостого хода соответствующая  ,  ;

-- угловая скорость идеального холостого хода соответствующая  ,  ;

- - угловая скорость двигателя при  , ;

;

где  - ток двигателя при  , ;

- - ток двигателя до начала переходного процесса, А;

- - угловая скорость двигателя до начала переходного процесса,  ;

,  , 



На участке   в момент времени   происходит расшунтирование резистора   и ЭДС генератора становится неизменной и равной  , но величина   и   не достигнут еще своих установившихся значений и переходной процесс будет продолжаться еще некоторое время. Зависимость   и   описывается уравнениями, где первые слагаемые равны нулю, так как:  ,  , а   и   равны соответствующим их значениям в конце предыдущего участка:





На оставшихся участках все процессы будут представлены следующими уравнениями:

для участка  :  ,  ,  ,  , 



для участка  : ,  ,  , 





На участке в обмотке возбуждения генератора переходного процесса нет и следовательно, двигатель работает на характеристике, обеспечивающий движение тележки с  , поэтому  ;  ;   и   равны соответствующим значением величин в конце предыдущего участка:





На участке  , после отключения питания обмотки возбуждения генератора, изменение тока и угловой скорости (до остановки двигателя) описывается тем же уравнениями, что и на участке  , т.е. ,  . При этом   и   соответствует току короткого замыкания и угловой скорости холостого хода исходной характеристики, где обеспечивалось движение тележки с  ;  ;  ;  .

В момент времени   двигатель останавливается, а ЭДС генератора  . Время торможение двигателя определяется из



где второе слагаемое приравнивается к  , а 





На участке  , после остановки двигателя:

;

где  - ЭДС генератора в момент остановки двигателя



Схема включения обмотки возбуждения

Кривая изменения 

1) участок 

2) участок 



3) участок 



4) участок 



5) участок



6) участок 



7) участок 



9. Проверка двигателя по нагреву с учетом реальных переходных режимов

Метод эквивалентного момента:



















Двигатель выдержал проверку с учетом переходных процессов.

10. Расчет и выбор пусковых резисторов приводного АД

Если мощность сети достаточна и допускает прямой пуск асинхронного двигателя, то в качестве приводного двигателя используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Т.к. в задании на курсовую работу мощность сети не оговаривается и, учитывая учебный характер работы, то предусматривается осуществлять непрямой пуск приводного двигателя, т.е. использовать асинхронный двигатель с фазным ротором. Необходимо рассчитать величину сопротивлений пусковых ступеней и выбрать тип используемых резисторов.
Асинхронный двигатель серии МТН с фвзным ротором:

Тип МТН-111-6:

;  ;  ;  ;  ; 

Для определения числа ступеней:



где  - пиковый момент;

- переключающий момент.







Учитывая, что приводной двигатель пускается практически в холостую, то его статический момент холостого хода будет составлять не более  , поэтому момент переключения   можно брать в пределах  , т.е.







m=1 –округленное до целого числа ступеней пуска.

Кратность пусковова момента по отношению к переключающему



Уточним значение:



Пусковая диаграмма асинхронного двигателя приведена на рис. 8 и имеет одну ступень ускорения.

Рассчитаем величину сопротивления ступени реостата для случая соединение обмоток ротора в звезду:



Полное сопротивление (активное) линий ротора:



Выбираем тип резисторов: тип   с фехралевыми элементами, сопротивление ящика  ; ток продолжительного режима (превышение температуры  )  ; постоянная времени нагрева  ; масса ящика  .

Режим работы тока в резисторе кратковременный. Тепловой расчет сводится к определению эквивалента изменяющегося по времени тока:



где,  - постоянный по величине ток, который вызывает установившейся перегрев резистора, равный максимальному перегреву от действия изменяющегося тока в рассмотренном промежутке времени;

- постоянная времени нагрева;

- эквивалентный ток (по теплу) и постоянный по величине ток;

;

где  ,  - значение токов в начале и конце интервала, с помощью формулы Клосса строим пусковые характеристики.

; 

Таблица зависимости :









Время разгрузки на ступени:



где  - суммарный момент инерции вращающихся частей системы приводной двигатель-генератор, приведенный к валу ротора приводного двигателя.











При любых значениях тока, проходящего через резистор, средний ток имеет наименьшую величину, большее значение имеет эквивалентный ток по теплу и самое большее значение – эквивалентный по перегреву.

Для многих практических случаев, когда время цикла по отношению к постоянной времени нагрева мало, удовлетворительные результаты можно получить, если эквивалентный по перегреву ток определить как эквивалентный по теплу, т.е.