Листоправильный стан

Размещено на http://www.allbest.ru/

36

Содержание

Введение

1. Анализ и описание системы " Электропривод - рабочая машина "

1.1 Количественная оценка тахограммы требуемого процесса движения

1.2 Количественная оценка моментов и сил сопротивления

1.3 Составление расчетной схемы механической части электропривода

1.4 Построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины

2. Анализ и описание системы " Электропривод - сеть " и "Электропривод - оператор "

3. Выбор принципиальных решений

3.1 Построение механической части привода

3.2 Выбор типа привода (двигателя)

3.3 Выбор способа регулирования координат

3.4 Оценка и сравнение выбранных вариантов

4. Расчет силового электропривода

4.1 Расчет параметров и выбор двигателя

4.2 Расчет параметров и выбор силовых преобразователей

5. Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода

6. Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы

7. Проверка правильности расчета мощности и окончательный выбор двигателя

Заключение

Список литературы

Введение

В последнее время сильно возрасла конкуренция между производителями продукции, это привело к повышению требований к качеству выпускаемой продукции и ее цене. Данные требования могут быть решены повышением производительности оборудования, ужесточения требований по качеству выпускаемой продукции.

Основные параметры привода:

- Передаточное число

Н*м - Момент холостого хода приведенный к валу двигателя

Н*м - Общий суммарный статический момент,при максимальной нагрузки

м/с - Минимальная скорость

м/с - Максимальная скорость

- КПД механизма

- продолжительность включения механизма

1. Анализ и описание системы " ЭЛЕКТРОПРИВОД-РАБОЧАЯ МАШИНА "

1.1 Количественная оценка вектора состояния или тахограммы требуемого процесса движения

Исходя из заданных требований технологического процесса, электропривод листоправильного стана должен обеспечивать работу в диапазоне скоростей D=1.65. По описанию технологического процесса [ 1] , можно построить тахограмму требуемого процесса движения.По требованию процесса цикл работы происходит при постоянной скорости.Пуск и переход на другу скорость не входит в цикл работы.Тахограмма показана на рисунке 1.1 .

Определение значения минимальной угловой скорости двигателя исходя из тахограммы и условий задания :

где : i - передаточное число редуктора

R - радиус рабочих и опорных роликов

- минимальная скорость передвижения листа

Определение значения максимальной угловой скорости двигателя , исходя из данной тахограммы и условий задания :

где : i - передаточное число редуктора

R - радиус рабочих и опорных роликов

- максимальная скорость передвижения листа

Расмотрим два случая:

Первый случай:

По условию задания ПВ механизма 80% определим время цикла

Второй случай:

По условию задания ПВ механизма 80% определим время цикла

1.2 Количественная оценка моментов и сил сопротивления

Статический момент в течении одной операции (выравнивания листа) остается неизменным, так толщина листа одинаковая. В течении цикла работы будут происходить набросы нагрузки (например, подача листа в машину) и сбросы нагрузки. Соответственно будет менятся и статический момент.

Зная общий суммарный момент на рабочих валках, можно определить статический момент, приведенный к валу.

Определение :

Момент холостого хода приведенный к валу двигателя задан по условию и равняется:

1.3 Составление расчетной схемы механической части электропривода

Для теоретических исследований реальную механическую часть электропривода заменяют динамически эквивалентной приведенной расчетной схемой, состоящей из сосредоточенных инерционных элементов, которые соединены между собой упругими связями же энергетическим .

Момент инерции тела находится по следующей формуле :

где L - длина тела, м

D - диаметр

;;

Определяется момент инерции ролика :

Момент инерции муфты между двигателем и редуктором равен 16 ,момент инерции муфты между редуктором и шестерной клетью равен 40,2 , шпинделя - 0,003 . Момент инерции редуктора, приведенный к валу двигателя, равен 30% от .

Количество шпинделей 1, количество роликов рабочих -1 и опорных - 1.

Формулы приведения параметров каждого элемента, совершающего вращательное движение имеют вид :

1 - двигатель;

2,3 - муфта;

4 - редуктор;

5,6 - муфта;

7 -рабочий механизм.

Исходя из расчетов,составляем трехмассовую расчетную схему :

выбираем в зависимости от величины нагрузки на валу двигателя

Переходим к двух массовой расчетной схеме :

Жесткости по таблице 1.1 :

Определение эквивалентной жесткости :

Переходим к одно массовой расчетной схеме так ,как в первом приближении жесткость Сэкв можно принять равной бесконечности. Момент инерции первой массы соизмерим с моментом инерции второй массы. Т.о. выполняются 2 необходимых условия перехода к одномассовой расчетной схеме.

Найдем момент инерции одномассовой расчетной схемы :

1.4 Построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины

Нагрузочная диаграмма механизма представляет собой зависимость приведенного к валу двигателя момента ( или мощности, если неизвестно передаточное число редуктора ) функции времени за цикл работы.

Строим упрощенную нагрузочную диаграмму рабочей машины, которая стpоится по рассчитанным для каждого участка цикла работы статическим нагрузкам, то есть без учета динамических нагрузок. По ней можно расчитать предварительно мощность двигателя.

2. Анализ и описание системы " электропривод-сеть " и " электропривод-оператор "

Источником напряжения в данном курсовом проекте является трехфазная сеть переменного напряжения. Стандартами предустотрено и допускается изменение напряжения сети (10%) и частоты (2.5%) сети. Данное явление трудно устранимо в металлургическом производстве. Оно вызвано прежде всего питанием от этой же сети других потребителей (в условиях завода, цеха). И поскольку в производстве применяются двигатели больших мощностей, то работа данных двигателей (пуск, торможение, др.) будет влиять на сеть из-за их большой мощности.

Это будет значительно влиять на работу двигателей, и это необходимо учитывать,исходя из условий работы механизма и требований, накладываемых на технологический процесс.

Анализируя систему " электропривод-оператор" необходимо сказать что роль " оператора " определяется степенью автоматизации работы привода. Задание режимов может осуществлятся как опрератором, так и автоматически.

3. Выбор принципиальных решений

3.1 Построение механической части привода

Для упрощения механической части привода, уменьшения механических потерь и габаритов установки в целом следует осуществлять передачу вращения от двигателя к рабочемк органу как можно более децентализованным путем и без использования промежуточных звенье в виде редук- торов или других механизмов.

Однако для выполнения данных условий для приведение в движение рабочего органа с малой скорость требуются двигатели с малой скоростью. А повышение номинальной скорости вращения электродвигателей позволяет уменьшить массу, габаритов, себестоимости как отдельно взятого двигателя, так и привода в целом, что влияет на технико-экономические показателя привода. К тому же часто необходимо согласование движения двигателя и рабочего органа именно с помощью редукторов и других передач : для преобразования вращательного движения в поступательное, поэтому для согласования двигателя и нагрузки по компонентам вектора движения, необходимо применять промежуточные механические передачи.

Двухступенчатый цилиндрический редуктор. Главное достоинство - простота, достаточно высокая жесткость и КПД ( 0,9-0,98 ), возможность выборки зазоров, малая инерционность. Недостатки - большие габариты, и масса по сравнению с другими видами передач.В курсовом прокте применяется редуктор с малым передаточным отношением равным 1,67.

3.2 Выбор типа привода (двигателя)

Господство в электроснабжении системы трехфазного тока, а также относительная простота, надежность и малая стоимость покупки и обслуживания асинхронных двигателей по сравнению с двигателя постоянного тока позволяют сразу же обратится именно к этому типу двигателей. Но подробный анализ технических условий работы механизма приводит к необходимости учитывать большие колебания в сети. В данном случае могут быть большое подение напряжения в сети из-за включения рядом находящихся мощных приводов. Поскольку у асинхронных двигателей максимальный момент зависит от напряжения питающей сети , то при использовании данного двигателя в приводе его придется завышать по мощности с учетом наибольшего снижения напряжения, что сразу же ухудшает массо-габаритные и энергетические характеристики двигателя в целом.

Поскольку данный привод работает с нагрузками Р=const , то целесообоазно применять двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением . Но в виду неудобства управления этого двигателя, выбираем двигатель с независимым возбуждением.

3.3 Выбор способа регулирования координат

При нагрузке Р=const целесообразно изпользовать способ регулировании координат при постоянной допустимой мощности :

- ослабление магнитного потока двигателя постоянного тока;

- частотное управление асинхронным двигателем с соответствующим законом.

Исходя из вышесказанного, можно выделить несколько систем регулирования :

- ТПЧ-АД;

- УВ-ДПТ;

- ШИП-ДПТ;

- Г-Д;

Система ШИП-ДПТ в данном случае не нужна, так как данному приводу не предъявляется требований по максимальному быстродействию и возможности ШИП в данном приводе будут недоиспользованы.

Для систем УВ-ДПТ разработаны двигатели постоянного тока, котовые проектировались для работы в системе УВ-ДПТ и обеспечивают большую перегрузочную способность, в то время как для систем АИН-АД применяются двигатели обычных серий, что отрицательно сказывается на надежности привода и на его характеристиках и не обеспечивает приводу большую перегрузочную способность.

Далее будем рассматривать систему УВ-ДПТ.

4. Расчет силового электропривода

4.1 Расчет параметров и выбор двигателя

Для предварительного выбора двигателя воспользуемся методом эквивалентных моментов :

где

- моменты на i-тых участках цикла;

- коэффициент, учитывающий ухудшение охлажления двигателя при работе за время цикла;

- продолжительность i-го участка цикла.

т.к. в приводе используется двигательс независимой вентиляцией

Определение эквивалентного момента :

Примем момент:

Определение перегрузочного коэффициента ? :

- максимальный статический момент за цикл работы

Приведенная скорость рабочего органа :

Определение расчетной мощности электродвигателя :

Вт

Выбираем двигатель : 4ПФ250L УХЛ4 с независимым возбуждением

Номинальные параметры двигателя :

Вт

В

А

- при пуске двигателя

Допустимый уровень пульсаций тока 15% С независимой вентиляцией, без компенсационной обмотки, с тахогенератором.

Расчет недостающих параметров двигателя :

Определение номинальной скорости :

Определение сопротивление якорной цепи :

Ом

- для двигателя независимого и параллельного возбуждения :

По формуле Линвилля-Уманского определяется индуктивность обмотки якоря

Гн

где

- для машин без компенсационной обмоткой

- число пар полюсов

Определение коэффициента

Определение коэффициента

4.2 Расчет параметров и выбор силовых преобразователей

Определим максимальный ток :

А

Берем сеть 10 кВ Гц

Комплектный тиристорный электропривод : ЭПУ1-2-437ДУХЛ4

Номинальный ток тиристорного преобоазователя

Номинальное напряжение тиристорного преобоазователя

Условия выбора тиристорного преобразователя :

Выбор силового понижающего трансформатора :

Выбираем сухой трансформатор : ТСЗП-4000/10У3

Сетевая обмотка :

Мощность :

Напряжение :

Вентильная обмотка :

Напряжение :

В

Ток :

Напряжение :

В

Ток :

A

Потери :

Потери короткого замыкания :

Вт

Напряжение короткого замыкания :

%

Определение выходного напряжения преобразователя :

В

где

- число пульс выпрямленного напряжения

Определяем максимальный ток двигателя ;

А

Определяем необходимое максимальное напряжение на якоре двигателя :

В

где

В

- падение напряжения на вентиле

Условие выполняется, значит преобразователь был выбран правильно

Расчет параметров трансформатора :

Активное сопротивление фазы трансформатора :

Ом

Полное сопротивление фазы трансформатора :

Ом

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора :

Ом

Ом

Гн

Ом

Расчет сглаживающего дросселя :

Расчет ведется по наихудшему режиму. Определим токи и углы отпирания тиристоров в различных режимах работы :

Токи при различных режимах работы :

А

А

Определим суммарное сопротивление якорной цепи :

Ом

Определим суммарную индуктивность и индективное сопротивление якорной цепи :

Гн

Ом

Углы отпирания тиристоров при различных режимах работы :

рад

рад

Рассчитаем индуктивность сглаживающего дросселя, из условия, чтобы пульсации тока якоря не превышали допустимые :

где

- необходимая суммарная индуктивность якорной цепи;

- допустимое колебания тока якоря в процентах от первой гармоники

- частоты сети



Расчет будем вести для наихудшего случая т.е

рад

- допустимое колебания тока якоря

Определяем индуктивность сглаживающего дроселя :

Гн

Это означает, что необходимости в дросселе для сглаживания пульсаций тока якоря нет.

Определим зону прерывистых токов при наихудшем режиме работы :

А

А

Т.е. в данном режиме работы привод будет работать в режиме прерывистых токов , поэтому необходимо вводить сглаживающий реактор.

Расчитывается индуктивность сглаживающего реактора из условия работы при наихудшем режиме работы в зоне непрерывного тока.

А

Рассчитываеся общая индуктивность цепи :

Гн

Рассчитывается индуктивность сглаживающего реактора :

Гн

Выбирается сглаживающий реакторы со следующими параметрами :

Два реактора ТРОС-1000/0.5У3

А

Гн

Ом

Сумарные параметры всех реакторов :

Гн

Ом

Пересчитываем суммарную индуктивность якорной цепи :

Гн

Уточняется суммарное сопротивление :

Ом

Пересчитываются углы отпирания тиристоров :

рад

рад

Определяются граничные токи для всех режимов работы привода :

А

А

Таким образом привод со сглаживающим реактором работает в зоне непрерывных токов.

Определяем необходимое максимальное напряжение на якоре двигателя :

В

5. Расчет статических механических характеристик двигателя и привода

Механические и электромеханические характеристики

Задаемся значениями статического момента, применяемых в расчете статических и механических характеристиках двигателя и привода в таблице 5.1

Таблица 2. Значения статического момента и тока двигателя

Механическая характеристика двигателя имеют вид :

- для большей скорости

- для меньшей скорости

- для проверки двигателя по току двигателя;

Электромеханическая характеристика двигателя имеют вид :

- для большей скорости

- для меньшей скорости

Таблица 3. Результаты расчета характеристик двигателя

Механическая и электромеханическая характеристика разомкнутого привода имеет вид :

где - падение напряжения на вентилях управляемого выпрямителя;

- суммарное сопротивления якорной цепи.

Тогда

Механические и электромеханические характеристики разомкнутого привода :

Таблица 4. Значения статического момента и тока.

- характеристика двигателя для движения с минимальной скоростью

- характеристика двигателя для движения с максимальной скоростью

Таблица 5. Результаты расчета характеристик привода.

Расчет режима прерывистых токов :

Характеристика двигателя для движения с минимальной скоростью в режиме прерывистых токов

Характеристика двигателя для движения с максимальной скоростью в режиме прерывистых токов

6. Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы

Для расчета замкнутых механических и электромеханических характеристик необходимо предварительно расчитать коэффициенты датчиков обратных связей, регуляторов, преобразователя и составить структурную схему привода.

Определение передаточной функции тиристорного преобразователя :

где

- коэффициент передачи преобразователя;

- постоянная времени тиристорного преобразователя;

В

где

- постоянная запаздывания;

- постоянная фильтра на входе СИФУ .

с

с

с

( принимается ) с

Передаточная функция тиристорного преборазователя имеет вид :

Передаточная функиция якорной цепи двигателя постоянного тока :

где

- суммарная постоянная времени якорной цепи ;

Передаточная функция якорной цепи имеет вид :

Определение коэффициента обратной связи по току :

Определение коэффициента обратной связи по скорости :

где

- максимальная скорость двигателя;

Обратная связь по скорости организуется с помощью тахоганератора

Так как в нашем приводе требуется поддержание постоянной скорости то настроим контур тока на технический оптимум ,а контур скорости на симметричный.Структурная схема электропривода показана в приложении

Определим параметры регуляторов и звеньев :

- момент инерции двигателя

- сумарный момент инерции привода

Расчет регулятора тока (РТ)

Расчет регулятора скорости (РС)

Найдем для минимальной скорости напряжения задания:

Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы производится путем составления математической модели, в основу которой положен метод переменных состояния. Моделирование производится на IBM-совместимой ПЭВМ в пакете по моделированию MATHLAB.

По структурной схеме электропривода составляется структурно - алгоритмическая модель, которая заносится в программу .

7. Проверка правильности расчета двигателя и окончательный выбор мощности двигателя

электропривод нагрузочная диаграмма двигатель

Для проверки правильности расчета мощности можно воспользоваться методом эквивалентного тока, т, к. выполняются все условия применения данного метода: постоянные потери двигателе не изменяются, сопротивление главной цепи постоянно на всех участках цикла.

Эквивалентный потерь определяется как:

Пакет по моделированию Mathlab позволяет определить среднеквадратичное значение заданной переменной на расчетном интервале. В данном случае расчет производим по току в наихудшем режиме с максимальным моментом статическом, результат вычисления представлен в приложении Д

А.

Определим коэффициент загрузки двигателя:

Условие выполняется, двигатель по нагреву подходит.

Показатель загрузки лежит в пределах, наиболее оптимально подходящих для электроприводо ( 0,7-1 ).

Список литературы

1. Теория электрического привода. Методические указания по курсовому проектированию, Могилев, ММИ, в 5 частях.

2. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / И.Х.Евзеров, А.С.Горобец и др.; Под ред. канд. техн. наук В.М.Перельмутера.- М.: Энергоатомиздат, 1998.-- 319 с.: ил.

3. Информэлектро, промышленый каталог, 1995

Размещено на Allbest.ru