Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Министерство образования Российской Федерации

ГУВПО «БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра "Электропривод и АПУ"

Курсовой проект по дисциплине

“Теория электропривода”

На тему: “Проектирование электропривода горизонтально-ковочной машины”

Выполнил: студент группы ЭПЗ-011

Хританьков Р.А.

Проверил: доцент

Черная Л.Г.

Могилев 2005

Содержание

• Введение 4
• 1. Анализ и описание системы “электропривод - рабочая машина” 5
• 1.1 Тахограмма требуемого процесса движения 5
• 1.2 Количественная оценка моментов сопротивления 7
• 1.3 Составление расчетной схемы механической части ЭП 9
• 1.4 Построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины 11
• 2. Анализ и описание систем “ЭП - сеть” и “ЭП - оператор” 14
• 2.1 Анализ и описание системы “электропривод - сеть” 14
• 2.2 Анализ и описание системы “электропривод - оператор” 14
• 3. Выбор принципиальных решений 16
• 3.1 Построение механической части привода 16
• 3.2 Выбор типа привода 17
• 3.3 Выбор способа регулирования координат 18
• 3.4 Оценка и сравнение выбранных вариантов 18
• 4. Расчет силового электропривода 21
• 4.1 Расчет параметров и выбор электродвигателя 21
• 4.2 Расчет параметров и выбор силового преобразователя 24
• 5. Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода 25
• 5.1 Расчет естественной механической характеристики двигателя 25
• 5.2 Расчет естественной механической характеристики двигателя 27
• 6. Расчет переходных процессов электропривода за цикл работы 30
• 7. Проверка двигателя по нагреву 33
• 8. Разработка схемы электрической принципиальной 36
• 8.1 Разработка схемы силовых цепей, цепей управления и защиты 36
• 8.2 Выбор элементов схемы 37
• Заключение 44
• Список литературы 45
• Приложения 46
• Введение
• Основным достоинством ковки (по сравнению с резаньем) при обработке деталей является то, что снижаются отходы материалов, улучшаются свойства обрабатываемых деталей (при резании большое количество материала уходит на стружку). Для обработки и при изготовлении деталей давлением используются кузнечно-ковочные машины, кузнечные молоты, которые предназначены для деформации металла ударом падающих частей.
• Наибольшее распространение получили механические молоты с электрическим приводом. В механических молотах ударное действие осуществляется с помощью фрикционного и кривошипного механизма.
• Задачей данного курсового проекта является разработка электропривода горизонтально-ковочной машины.

1. Анализ и описание системы “электропривод - рабочая машина”

1.1 Тахограмма требуемого процесса движения

Кинематическая схема горизонтально-ковочной машины приведена в графической части курсового проекта. В соответствии с заданием привод горизонтально-ковочной машины должен обеспечивать производительность . Тогда время одного цикла работы можно определить как:

,

где - число ползунов с пуансоном (по кинематической схеме );

- производительность.

Угловая скорость вращения коленчатого вала:

,

Угловая скорость ведомого вала ременной передачи :

,

где - передаточное число редуктора.

В соответствии с вариантом индивидуального задания, нам не задано передаточное отношение ременной передачи. Произведем выбор данного параметра кинематической схемы. Как следует из анализа условий работы механизма, электропривод горизонтально-ковочной машины должен работать с постоянной скоростью и к технологическому процессу не предъявляется требование максимально быстрого времени завершения переходных процессов. Поэтому не имеет смысла выбор оптимального передаточного отношения передачи исходя из минимума времени пуска или торможения привода. Тогда данный параметр следует выбирать из условия максимального соответствия требуемой скорости ведущего шкива передачи номинальной скорости приводного двигателя (для наибольшей загрузки двигателя) с учетом массогабаритных показателей системы “маховик - ременная передача” (для минимальных экономических затрат на изготовление проектируемого привода). Установка маховика на выходном валу рассматриваемой передачи, как указано в индивидуальном задании, приведет к необоснованному завышению его размеров, что в свою очередь увеличит стоимость привода за счет увеличения расхода стали. Поэтому маховик желательно установить на ведущем валу передачи. Далее следует помнить, что увеличение передаточного отношения приведет к снижению массогабаритов маховика, но в тоже время увеличит габариты самой передачи. Произведя анализ возможных передаточных отношений рассматриваемой части кинематической схемы, выяснено что оптимальные массогабариты механической части будут иметь место при синхронной частоте вращения двигателя приближающейся к величине и дополнительно установленном редуктором (или второй ступенью имеющегося редуктора передаточным отношением 3,8 согласно стандартному ряду по ГОСТ 25301-82 [13]). Так как передаточное отношение ременной передачи также должно соответствовать стандартному ряду, выбираем рассматриваемый параметр равным .

Зная передаточное отношение ременной передачи и второй ступени редуктора, определяем требуемую номинальную скорость двигателя:

 ,

Проектируемый привод должен работать с постоянной скоростью, поэтому тахограмма движения привода будет представлять собой прямую, параллельную оси абсцисс. Требуемая тахограмма приведена на рисунке 1.1.

1.2 Количественная оценка моментов сопротивления

Целью данного анализа является количественная оценка моментов, противодействующих движению за весь цикл работы, что является основой для силового расчета двигателя. При оценке требуемых моментов примем, что цикл работы привода состоит из двух участков: на первом действует момент, вызванный силой упругого взаимодействия (принимаем его постоянным и равным моменту сопротивления при ударе о паковку); второй участок соответствует работе привода на холостом ходу. Принимаем, что на данном участке действует момент сопротивления, равный 10% от рабочего момента.

Рисунок 1.1 - Тахограмма требуемого процесса

Вид расчётной паковки приведен в графической части проекта. В момент удара молота о заготовку возникает сила упругого взаимодействия, определяемая по формуле:

 ,

где - модуль упругости для заданной марки стали;

- среднее поперечное сечение заготовки:

,

где - конечный диаметр паковки;

- начальный диаметр паковки;

- абсолютная величина деформации заготовки;

,

где - конечная длина паковки;

- начальная длина паковки.

Статический момент нагрузки в момент удара, приведенный к валу двигателя:

,

где - относительное плечо крутящего момента;

- радиус кривошипа;

- длина шатуна;

- угол поворота кривошипа коленчатого вала при ударе;

- суммарный КПД механической части привода.

Тогда по (1.8):

Момент холостого хода:

,

1.3 Составление расчетной схемы механической части ЭП

Для теоретических исследований реальную механическую часть электропривода заменяют динамически эквивалентной приведенной расчетной схемой, состоящей из сосредоточенных инерционных элементов, соединенных между собой упругими связями, и обладающей таким же энергетическим запасом, как и исходная реальная система привода [2].

Так как в соответствии с индивидуальным заданием нам не заданы жесткости упругих элементов, то при составлении расчетной схемы электропривода принимаем все упругие связи абсолютно жесткими. Тогда при дальнейшем исследовании рассматриваемого механизма будем использовать одномассовую расчетную схему механической части привода, которая приведена на рисунке 1.2 и в графической части проекта.



Рисунок 1.2 - Расчетная схема одномассовой системы

На приведенной расчетной схеме - приведенный к валу электродвигателя момент инерции привода. В соответствии с проведенными ранее рассуждениями и кинематической схемой привода можем записать:

,

где - момент инерции двигателя;

- момент инерции маховика;

- приведенный к валу двигателя момент инерции ременной передачи;

- приведенный к валу двигателя момент инерции редуктора;

- приведенный к валу двигателя момент инерции механического тормоза;

- приведенный к валу двигателя момент инерции коленчатого вала с установленными на нем кривошипно-шатунными передачами молотами (в дальнейшем - механизма).

Моменты инерции отдельных частей механизма нам не заданы. Поэтому зададимся их ориентировочными значениями:

- момент инерции ременной передачи: ;

- момент инерции редуктора: ;

- момент инерции механического тормоза: ;

- момент инерции механизма: .

Зная ориентировочные моменты инерции отдельных частей механизма определим их приведенные моменты инерции:

,

,

,

,

Момент инерции маховика и двигателя на данном этапе расчета еще не известны. Поэтому дальнейший расчет суммарного момента инерции привода возможен только после предварительного выбора двигателя (см. раздел 4). На настоящем этапе расчета на основании формулы с учетом - принимаем суммарный момент инерции равным, :

1.4 Построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины

Нагрузочная диаграмма механизма представляет собой зависимость приведенного к валу двигателя момента в функции времени за цикл работы [2]. Пусковые режимы не наложат ограничения на выбор двигателя, так как рассматриваемый электропривод запускается на холостом ходу (т.о. двигатель обеспечивает пусковой момент) и запуск привода производится довольно редко с точки зрения допустимого числа включений в час. Поэтому нагрузочную диаграмму построим для квазиустановившегося режима работы привода (т.е. не будем учитывать процессы пуска и останова двигателя в начале и конце работы).

Как уже говорилось выше, цикл работы привода состоит из двух участков:

- на первом действует ударный момент, вызванный силой упругого взаимодействия;

- второй участок соответствует работе привода на холостом ходу.

Значения приведенных к валу двигателя моментов сопротивления определены ранее (см. раздел 1.2). Определим временные параметры нагрузочной диаграммы. Время цикла работы механизма было определено ранее (см. раздел 1.1). Время удара соответствует времени движения кривошипа от момента соприкосновения молота с заготовкой (ему соответствует заданный в задании угол поворота кривошипа коленчатого вала ) до момента отрыва молота от заготовки (т.е начало движения ползуна в обратном удару направлении, что соответствует нулевому углу поворота кривошипа). Исходя из проведенных рассуждений время удара можно определить как:

.

В соответствии с рассчитанными параметрами, нагрузочная диаграмма работы привода будет иметь вид, изображенный на рисунке 1.3:



Рисунок 1.3 - Нагрузочная диаграмма работы привода

Механическая характеристика рабочей машины есть зависимость скорости вала электродвигателя от приведенного статического момента [2]. Так как в соответствии с условиями работы привода скорость работы должна быть постоянной, то механическая характеристика рабочей машины будет представлять собой абсолютно жесткую характеристику со скоростью холостого хода, равной требуемой скорости двигателя (рисунок 1.4):

Рисунок 1.4 - Механическая характеристика рабочей машины

2. Анализ и описание систем “ЭП - сеть” и “ЭП - оператор”

2.1 Анализ и описание системы “электропривод - сеть”

Целью данного анализа является оценка влияния параметров питающей сети на работу электропривода [2].

Источником питания электропривода горизонтально-ковочной машины служит трехфазная сеть переменного тока, обладающая свойствами источника напряжения. Величина напряжения сети - 380/220 В, частота - 50 Гц. Вместе с тем стандартами допускается колебание напряжения сети в пределах 10%. Колебание частоты питающее сети ограничивается 1%. Колебания напряжения сети оказывают существенное влияние на электродвигатели переменного тока, так как момент, развиваемый двигателем в этом случае пропорционален квадрату питающего напряжения. Для двигателей постоянного тока колебания сети не оказывают значительного влияния, так как момент, развиваемый двигателем пропорционален величине питающего напряжения. При использовании двигателя постоянного тока в качестве приводного двигателя необходимо согласовать схему выпрямления с требуемым значением выпрямленного напряжения.

2.2 Анализ и описание системы “электропривод - оператор”

Система управления электроприводом горизонтально-ковочной машины строится в зависимости от выполняемых функций и требований технологического процесса. Как правило, схема управления горизонтально-ковочной машиной требует наличие оператора.

Наличие оператора требует, чтобы к системе управления предъявлялось ряд требований:

- необходимость обеспечения условий безопасного управления и обслуживания электропривода;

- создание ряда дополнительных защит и блокировок от аварийных режимов;

- простота управления.

Например, в схемах управления некоторыми горизонтально-ковочными машинами применяются фотоэлементы, которые осуществляют блокировку, если в рабочую зону попадают посторонние предметы или рука оператора.

3. Выбор принципиальных решений

3.1 Построение механической части привода

Для упрощения механической части, уменьшения габаритов и потерь следует осуществлять передачу движения от двигателя к рабочему органу (валу) с наименее возможным числом промежуточных звеньев в виде редукторов или других передаточных механизмов. В рассматриваемом механизме обойтись без редуктора невозможно, так как скорость рабочего вала достаточно мала. Кроме того, при выборе передаточных механизмов следует выбирать механизмы с наибольшей жесткостью и коэффициентом полезного действия. В техническом задании на курсовое проектирование не было задано передаточное число ременной передачи. Условия выбора и сам выбор данного передаточного отношения приведен выше (см. раздел 1.1). Механическая часть рассматриваемого механизма по своим характеристикам приближается к одномассовой системе (обоснование этого приведено в разделе 1.3).

Исходя из нагрузочной диаграммы работы привода, делаем вывод что двигатель будет работать при ударной нагрузке. Для устранения нежелательных для двигателя и сети толчков момента и тока, в приводе устанавливается маховик, обеспечивающий уменьшение колебаний нагрузки и скорости. Являясь аккумулятором кинетической энергии, маховик при повышении нагрузки отдает вследствие снижения скорости часть накопленной при холостом ходе энергии и обеспечивает тем самым выполнение рабочей операции.

3.2 Выбор типа привода

При определении возможных принципиальных решений выбирается несколько вариантов электропривода, удовлетворяющих в той или иной степени требованию задания на проектирование. Выбор вариантов привода осуществляется на основе изучения существующих типовых электроприводов для данного класса рабочих машин, определяя конструкцию механической части привода, возможные типы двигателей и способы регулирования координат.

При выборе типа привода необходимо учитывать особенности работы исполнительного механизма. Отличительной чертой работы ковочной машины является ударный характер нагрузки на валу, что требует применение маховикового привода. Размер маховика напрямую зависит от жесткости механической характеристики привода: чем мягче характеристики привода, тем меньше массогабариты маховика.

Принимая во внимание требования и специфические особенности работы рассматриваемого электропривода можно сформулировать следующие основные критерии, определяющие его выбор:

- высокая перегрузочная способность;

- возможность получения механической характеристики с невысокой жесткостью;

- высокие энергетические показатели работы.

Если группа электроприводов удовлетворяет вышеприведенным условиям, то окончательный выбор нужного электропривода следует проводить учитывая сравнительную степень реализации указанных критериев, затраты на эксплуатацию, стоимость электропривода, надежность, массогабаритные показатели и другие параметры.

При анализе литературных источников [1], [13] удалось установить, что в разработках в рассматриваемой области нашли применение системы на базе следующих двигателей:

- асинхронный двигатель с фазным ротором (АДФР);

- асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АДКЗ). Для получения более мягких характеристик желательно использование двигателей с повышенным скольжением;

- двигатель постоянного тока (ДПТ).

3.3 Выбор способа регулирования координат

Исходя из условий работы привода применение регулируемого привода в данном механизме технико-экономически не обосновано. Поэтому выбираемый привод будет нерегулируемым.

3.4 Оценка и сравнение выбранных вариантов

Для выбора окончательного варианта системы электропривода горизонтально-ковочной машины необходимо провести сравнительную оценку технических, технологических и экономических характеристик рассматриваемых вариантов. Проведение строгих технико-экономических расчётов на данной стадии расчета не представляется возможным из-за отсутствия требуемых исходных данных, поэтому для оценки и сравнения выбранных вариантов воспользуемся приблизительным методом -методом экспертных оценок, основные положения которого изложены в [2].

Выделим наиболее важные характеристики для выбора системы электропривода:

- КПД привода;

- коэффициент мощности привода;

- надежность;

- простота конструкции;

- массогабаритные показатели;

- стоимость электропривода;

- затраты на эксплуатацию;

- перегрузочная способность.

Для каждой характеристики определяем показатель качества q_i в диапазоне 15. Для определения важности того или иного показателя вводим весовой коэффициент _i.

Выбор оптимального варианта производим путем определения максимальной взвешенной суммы. Согласно [2], данная сумма может быть найдена следующим образом:

(3.1)

Результаты оценки принципиальных решений сведены в таблицу 3.1 и графически представлены на оценочной диаграмме (рисунок 3.1).

Таблица 3.1 - Сравнительный анализ вариантов

№	Варианты технического решения	Показатели качества
		КПД	Коэффициент мощности	Надежность	Простота конструкции	Массогабаритные показатели	Стоимость	Затраты на эксплуатацию	Перегрузочная способность	Взвешенная сумма
		q1	q2	q3	q4	q5	q6	q7	q8	q9
1	АДФР	4	3	4	4	3	4	3	4	120
2	АДКЗ	4	3	5	5	4	5	4	4	125
3	ДПТ	4	5	3	3	3	3	3	4	116
Весовой коэффициент	5	5	4	3	2	3	4	5



Рисунок 3.1 - Оценочная диаграмма

Согласно анализу наилучшим образом удовлетворит требования к технологическому процессу система на базе АДКЗ. Внедрение данного вида обладает рядом неоспоримых достоинств таких как:

- простота конструкции асинхронного двигателя;

- отсутствие коллектора;

- достаточно высокий коэффициент мощности;

- низкие эксплуатационные затраты;

- высокая надежность.

4. Расчет силового электропривода

4.1 Расчет параметров и выбор электродвигателя

В соответствии с алгоритмом выбора двигателя [2] при использовании маховика при ударной нагрузке необходимо рассчитать среднеквадратичное и среднее значение момента нагрузки.

Среднеквадратичное значение момента нагрузки за цикл работы:

Среднее значение момента за цикл работы

.

Расчетный момент двигателя:

.

Расчетная номинальная мощность двигателя:

.

Приводной двигатель выбираем исходя из следующих условий [4]:

- режим работы (режим работы - S6);

- скорость: ;

- мощность: .

При выборе двигателя необходимо учитывать степень защиты и климатическое исполнение. Так как привод запускается на холостом ходу, то к выбираемому двигателю не предъявляются требования по пусковому моменту. Выбираемый электродвигатель должен обладать как можно большим номинальным скольжением для уменьшения габаритов маховика.

В литературных источниках двигатели требуемой мощности номинального режима S6 (или наиболее близкого к нему режима S3) отсутствуют. Поэтому произведем выбор двигателя с номинальным режимом работы S1. Исходя из вышесказанного, выбираем из [5] приводной двигатель 5A315S2У3 со следующими паспортными данными:

Номинальная мощность: P₂=160кВт;

Номинальные фазное и линейное напряжения статора:

U₁=220/380 В;

Номинальный ток статора при напряжении 380В: I_1н=286 А;

Номинальная частота вращения: n_н=2960 об/мин

Синхронная частота вращения: n₀=3000 об/мин

Номинальный коэффициент мощности: cos?=0,90;

Номинальный КПД: ?=94%;

Номинальная частота питающей сети: f=50 Гц;

Кратность максимального момента: ?_к=4,0;

Кратность пускового момента: ?_п=2,5;

Кратность пускового тока: i_п=8,0;

Момент инерции двигателя: J=0,75 кгм²;

Класс изоляции: F;

Номинальный режим работы: S1;

Исполнение по степени защиты: IP54.

Так как отношение ударного момента к расчетному моменту нагрузки больше перегрузочной способности двигателя, необходимо использование маховика. Определим требуемый момент инерции привода, требуемый для сглаживания ударного момента с учетом возможного понижения момента двигателя в связи с просадкой напряжения в сети:

,

где - номинальный момент двигателя:

,

- жесткость механической характеристики:

,

где - скорость холостого хода двигателя:

,

- критическое скольжение двигателя

,

где - номинальное скольжение двигателя:

.

Тогда момент инерции маховика можно определить как:

.

4.2 Расчет параметров и выбор силового преобразователя

В соответствии с проведенным ранее анализом, необходимость в установке силового преобразователя в рассматриваемом приводе отсутствует, что в свою очередь означает отсутствие необходимости в его выборе.

5. Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода

5.1 Расчет естественной механической характеристики двигателя

Расчет характеристик проведём по паспортным данным машины согласно методике, изложенной в [7].

Скорость идеального холостого хода:

.

Номинальная угловая скорость вращения ротора двигателя:

.

Номинальный момент на валу двигателя:

.

Критический момент двигателя:

Пусковой момент двигателя:

Определим значения критического и пускового моментов с учетом возможной десяти процентной просадкой напряжения сети:

Как видно из полученных значений моментов и пользуясь результатами вычислений раздела 6, делаем вывод о том, что выбранный двигатель обеспечивает пусковой и максимальный момент нагрузки, что свидетельствует о правильности его выбора.

Критическое скольжение по (7.13) [8]:

Коэффициент q по (7.14) [8]:

Расчёт естественной механической характеристики двигателя производим по формуле Клосса в соответствии с рассчитанными параметрами:

Естественная механическая характеристика двигателя приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Естественная механическая характеристика двигателя

5.2 Расчет естественной механической характеристики двигателя

Расчет электромеханической характеристики двигателя I₁=f(s) - зависимости тока статора от скольжения - проведем согласно формуле 7.16 [8]:

,

I_1н - потребляемый двигателем номинальный ток статора: ;

- параметр, определяемый как:

 ,

i_µ - относительный ток намагничивания двигателя по 7.17[8]:

,

i₂ - относительный ток ротора:

.

На основании рассчитанных значений переменных, подставляя (5.13) в (5.10) можем построить естественную электромеханическую характеристику двигателя. Построение характеристики проведем с использованием среды математических вычислений MathCAD 11.A Enterprise Edition. Данная характеристика приведена на рисунке 5.2.

Следует помнить, что построенные характеристики являются приблизительными и соответствуют реальным только в областях, близких номинальной скорости работы.



Рисунок 5.2. - Естественная электромеханическая характеристика двигателя

6. Расчет переходных процессов электропривода за цикл работы

При рассмотрении переходных процессов за цикл работы электропривода не будем учитывать процессы пуска и торможения. Тогда будем рассматривать квазиустановившийся режим, при котором работа привода осуществляется на линейной части характеристик. Тогда переходные процессы в электроприводе можно будет описать следующей системой дифференциальных уравнений:

,

где -электромагнитный момент двигателя и момент нагрузки соответственно;

- суммарный момент инерции привода;

- жесткость механической характеристики привода;

- электромагнитная постоянная времени:

;

Механическая постоянная времени привода:

.

Так как , то в системе можно пренебречь значением электромагнитной постоянной времени . Тогда вышеуказанная система приобретает вид:

.

Немного преобразовав с учетом получаем:

,

где - установившиеся значения скорости и момента соответственно.

Требуемые переходные процессы можно получить решив систему для заданных начальных условий. Переходные процессы были рассчитаны в математическом пакете MathCAD 11 Enterprise Edition. Данный расчет приведен в приложении А. Результаты расчёта переходных процессов показаны на рисунке 6.1.



Рисунок 6.1 - Переходные процессы двигателя за цикл работы

7. Проверка двигателя по нагреву

привод электрический сопротивление

Для проверки правильности выбора электродвигателя будем использовать метод средних потерь. Так как электропривод проектируемого механизма работает в квазиустановившемся режиме, необходимо использовать интегральную оценку:

(7.1),

где - коэффициент ухудшения охлаждения при работе на скорости, не равной номинальной:

(7.2),

где: - коэффициент ухудшения охлаждения при паузах (остановках двигателя) для двигателя закрытого самовентилируемого исполнения, который согласно таблице 3.3 [3] равен: ;

- мгновенные потери мощности при работе механизма:

(7.3),

где - мгновенная мощность при работе привода:

(7.4)

 - мгновенный КПД при работе привода:

(7.5),

где: - отношение постоянных и переменных потерь. Согласно [3] принимаем ;

- мгновенный коэффициент загрузки двигателя:

(7.6)

где: - номинальная мощность двигателя ;

Расчет средних потерь за цикл работы приведен в приложении Б. Расчет проведен с использованием пакета математических вычислений MathCAD 11 Enterprise Edition. В результате расчета было получено значение средних потерь за цикл работы равное .

Номинальные потери мощности можно определить как:

(7.7)

Р_Н - номинальная мощность электродвигателя, Р_Н =160кВт;

?_Н - номинальный КПД электродвигателя, ?_н =0,94.

Как видно из рассчитанных данных, условия выбора двигателя по методу средних потерь (7.1) соблюдаются, что свидетельствует о правильности выбора двигателя.

Коэффициент загрузки двигателя:

. (7.8).

Коэффициент загрузки двигателя лежит в рекомендуемых пределах, что свидетельствует о правильности выбора двигателя. Как видно из расчетов коэффициент загрузки двигателя довольно высок. Учитывая тот факт, что приведенная методика расчета справедлива для идеальной машины, то при реальном производстве данного привода необходимо убедиться в том, что реальная машина не будет перегружена.

Таким образом окончательно выбираем электродвигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором типа 5A315S2У3.

8. Разработка схемы электрической принципиальной

8.1 Разработка схемы силовых цепей, цепей управления и защиты

Силовая часть разработанной схемы состоит из собственно двигателя М1, подключение которого к сети осуществляется через магнитный пускатель КМ1 и автоматический выключатель QF1. Динамическое торможение осуществляется отключением сети переменного тока от двигателя и замыкания обмотки статора на постоянный ток посредством подключения источника постоянного тока A1 через контактор КМ2 к статору двигателя.

В схеме предусмотрены следующие виды защит:

- от токов короткого замыкания посредством расцепителя максимального тока в автоматическом выключателе QF1 в силовой цепи и предохранителя FU1 в цепи управления;

- от длительных перегрузок по току посредством теплового расцепителя в автоматическом выключателе QF1;

- нулевая защита посредством магнитного пускателя KM1.

Рассмотрим работы цепи управления. Включение двигателя осуществляется путем нажатия кнопки SB2, после нажатия которой при подключенном питании и отсутствии срабатывания защит подается напряжение на катушку магнитного пускателя КМ1, силовые контакты которого подключают двигатель к сети, а нормально разомкнутый блок-контакт ставит катушку на самопитание. Одновременно происходит подача напряжения на реле времени KT1,что приводит к размыканию его вспомогательного контакта. Для остановки двигателя необходимо нажать кнопку SB1, что приведет к снятию напряжения с катушки пускателя KM1 и, как следствие, размыканию его силовых контактов. В это же время происходит замыкание цепи катушки контактора KM2, что приводит подаче постоянного напряжения на статор двигателя, т.е. таким образом осуществляется динамическое торможение. После пришествия определенного промежутка времени, определяемым выдержкой времени реле КТ1, нормально разомкнутый контакт с выдержкой времени на размыкание реле времени размыкается, отключая тем самым катушку контактора КМ2 от сети и приводя двигатель в состояние готовности к следующему пуску.

8.2 Выбор элементов схемы

Выбор электродвигателя приведен в разделе 4.1 и подтвержден дальнейшими расчетами. В соответствии с ними приводным двигателем является двигатель 5A315S2У3. Произведем выбор оставшихся элементов схемы.

Магнитный пускатель KM1 выбираются исходя из следующих условий:

- режим работы;

- номинальный ток нагрузки (I_н.п.?I_нл);

- номинальное напряжение катушки аппарата (U_н.кат.?U_сети);

- номинальное напряжение контактов аппарата (U_н.конт.?U_сети).

В данном случае режим работы АС3 (пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором).

Выбираем из стандартного ряда номинальный ток контактора 400А.

Таким образом:

Номинальный ток нагрузки: I_Н.П.=400А;

Напряжение питания в схеме управления: U_н.кат.=220В;

Линейное напряжение сети силовой части: U_н.конт.=380В.

Исходя из вышеуказанных условий выбора выбираем контактор KM1 на схеме ГКМ 233.00.00.000 Э3 типа КВ-1-400-3 со следующими параметрами [3] согласно ТУ16-523.580-84:

Режим работы: АС3,

Номинальный ток нагрузки: 400А,

Номинальное напряжение катушки: 220В,

Номинальное напряжение контактов: 380В,

Степень защиты: IP00,

Мощность включения: 1256ВА,

Мощность удержания: 90ВА,

Количество вспомогательных контактов: 2з+2р.

Контактор КМ2 выбирается аналогично пускателю КМ1. Определим номинальный ток нагрузки данного контактора:

Эквивалентный ток при динамическом торможении для выбранной схемы включения обмоток согласно [12] может быть определен как:

(8.1).

Полное сопротивление двигателя при коротком замыкании:

(8.2).

Приведенное активное сопротивление фазы ротора:

(8.3).

Отношение постоянных потерь статора к суммарным потерям при номинальном режиме работы принимаем равным 0,3. Тогда коэффициент мощности при пуске может быть определен как:

(8.4).

Активное сопротивление фазы статора:

(8.5).

Требуемая мощность источника питания:

(8.6).

Из стандартного ряда мощностей выбираем мощность источника, равную 15,0кВт. Так как рассматриваемый источник получает питание от сети переменного тока с фазным напряжением 220В, то ориентировочное значение входного тока источника может быть рассчитано по формуле 8.7. Рассчитанное значение не будет полностью соответствовать потребляемому источником току так как в данном источнике всегда будут иметь место потери, которые приведут к завышению входной мощности источника относительно его выходной мощности, но так как они не будут составлять более 15% выходной мощности, то не значительно повлияют на входной ток.

(8.7).

Из стандартного ряда токов выбираем номинальный ток контактора КМ2 равным 80А.

Таким образом условиями выбора контактора KM2 являются:

Номинальный ток нагрузки: I_Н.П.=80А;

Напряжение питания в схеме управления: U_н.кат.=220В;

Линейное напряжение сети силовой части: U_н.конт.=380В.

Исходя из вышеуказанных условий выбора и в целях унификации электрооборудования проектируемого привода выбираем контактор KM2 на схеме ГКМ 238.00.00.000 Э3 типа ПМЛ-5100 со следующими параметрами [3] согласно ТУ16-523.554-82:

Режим работы: АС3,

Номинальный ток нагрузки: 80А,

Номинальное напряжение катушки: 220В,

Номинальное напряжение контактов: 380В,

Степень защиты: IP00,

Мощность включения: 380ВА,

Мощность удержания: 36ВА,

Время включения/выключения: 63/15 мс,

Количество вспомогательных контактов: 1з+0р.

Так как в разработанной схеме одновременно к питающей сети может быть подключен либо двигатель либо источник питания, то выбор номинального тока автомата будет определяться максимальным значением данных токов в установившихся режимах работы. Тогда выбор автоматического выключателя произведем на основании следующих условий [9]:

U_{ном.авт.}?U_сети=220В,

I_{ном.авт.}?I_{ном.нагр}=286А,

Выбираем из [9] автоматический выключатель А3736БУ3 со следующими характеристиками согласно ТУ 16-522.064-82:

- номинальное напряжение автомата (при 50 Гц): 660 B,

- номинальный ток автомата: 400 A,

- ток уставки электромагнитного расцепителя: 4000±600 А

- номинальный ток теплового расцепителя: 320 А.

Произведем выбор элементов цепи управления:

Реле времени выберем исходя из следующих условий:

Реле времени выбираем по следующим условиям:

При выборе реле времени необходимо учитывать заданную выдержку времени (она ориентировочно равна трем механическим постоянным времени привода и составляет порядка 1,4с).

Определим ток нагрузки для контактов реле времени:

(8.8).

Исходя из условий выбираем реле времени РВП-72М-3221 с параметрами согласно ТУ 16-523.427-79:

- номинальное напряжение катушки: 220 B,

- максимально допустимый ток контактов: 10 A,

- уставка времени: 0,4-180 с;

- максимальный разброс: ±15%;

- мощность удержания катушки: 40 ВА;

- мощность включения катушки: 120 ВА;

- Наличие и тип контактов: 1з/1р с выдержкой времени на размыкание

Выбор кнопочных выключателей осуществляется исходя из условий:

I_н?I_{ном.нагр},

U_н ?U_сети,

Максимальный длительный ток в цепи кнопочных выключателей будет протекать при включенных катушках магнитного пускателя KM1 и реле времени КТ. Данный ток можно определить как:

(8.9).

Исходя из условий выбора кнопочных выключателей и расчетных данных выбираем из [9] кнопочные выключатели типа КМЕ4101УХЛ3 (для SB1 - размыкающий контакт, цвет толкателя - красный) и КМЕ4110УХЛ3 (для SB2 - замыкающий контакт, цвет толкателя - черный) ) с параметрами согласно ТУ 16-526.094-78:

- номинальный ток контактов: 3А,

- номинальное напряжение контактов: 220В,

- потребляемая мощность: 2.5Вт,

- степень защиты: IP00,

- форма толкателя: цилиндрическая,

- коммутационная износостойкость: 1 млн. циклов,

- механическая износостойкость: 10 млн. циклов.

Выбор предохранителя FU1 в цепи управления осуществляется по следующим соотношениям:

1) по номинальному напряжению сети U_ном ? U_сети,

2) по длительному расчетному току линии I_{ном вст}?I_длит,

Длительный расчетный ток может быть найден по следующей формуле:

 (8.10).

Максимальный рабочий ток будет протекать при подключенных к сети катушек пускателя KM1 и реле времени KT1. Данный ток был рассчитан при выборе кнопочных выключателей. Максимальный ток включения будет протекать опять таки при подключенных к сети катушек пускателя KM1 и реле времени KT1:

(8.11).

Исходя из режимов работы схемы управления выбор предохранителя следует осуществить исходя из пускового тока катушек:

(8.12).

Выбираем из [9] предохранитель FU1 ПВС-6 параметрами согласно ТУ 16-522.112-74:

- номинальный ток держателя: 6А,

- номинальное напряжение: 220В,

с плавкой вставкой ПВД с номинальным током плавкой вставки согласно ТУ16-522.112-74 равным 0,63А.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта был разработан привод горизонтально-ковочной машины. При прямом выборе двигателя, требуемая мощность двигателя должна выбираться из условия обеспечения пикового момента нагрузки, в следствие чего двигатель не полностью используется по нагреву. Поэтому был выбран маховиковый привод на основе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, что позволило:

- устранить завышение мощности электродвигателя;

- снизить нежелательные толчки и моменты для двигателя.

Загрузка выбранного двигателя составляет 98,8%. Силовая часть полностью обеспечивает динамику электропривода.

Работа проведена с соблюдением стандартов и ГОСТов в соответствии с ЕСКД.

Список литературы

1. Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод общепромышленных механизмов: учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. - 360 с., ил.

2. Теория электрического привода. Методические указания по курсовому проектированию Часть I. Могилев.: ММИ, 1991,-65с

3. Теория электрического привода. Методические указания по курсовому проектированию Часть II. Могилев.: ММИ, 1991,-65с

4. В.И. Ключев "Теория электропривода" Москва, Энергоатомиздат, 1985

5. Каталог продукции Ярославльского электромашиностроительного завода.

6. Каталог продукции Omron. Контактная аппаратура

7. Теория электрического привода. Методические указания по курсовому проектированию Часть Ш. Могилев.: ММИ, 1991,-65с

8. Теория электропривода: методические указания к лабораторным работам (№7, №8, №9). -ч.2 - Исследование статических характеристик асинхронных двигателей. - Могилев: Белорусско-Российский университет. 2004. 40 с.

9. Коваль А.С. Электрические аппараты низкого напряжения - Метод. указания для студентов специальности Т.11.02 - Могилев: ММИ, 1992.- 26c.

10. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: Учебник для вузов. - СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отд-ние, 2000. - 496 с.: ил.

11. Фираго Б.И. Теория электропривода: Учебное пособие/ Б.И. Фираго, Л. Б. Павлячик. - Мн.: ЗАО “Техноперспектива”, 2004. - 527 с.

12. Теория электрического привода. Методические указания по курсовому проектированию Часть III. Могилев.: ММИ, 1991,-41с

Приложение А

Расчет переходных процессов за цикл работы



Рисунок ПА.1 - Переходные процессы за цикл работы привода

Приложение Б

Оценка загрузки двигателя

Размещено на Allbest.ru