Модернізація електродвигуна

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА

1.1 Попередній вибір потужності електродвигуна

1.1.1 Вихідні дані.

максимальний тиск на лінійках робочий хід лінійок маніпулятора швидкість переміщення лінійок основна частота електродвигуна довжина лінійок маса лінійок за кліттю (лівої або правої) маса лівої лінійки перед кліттю маса правої лінійки перед кліттю маса тягнучої штанги маса штанги, що штовхає, за кліттю маса штанги, що штовхає, перед кліттю маса штанги кантователя маса механізму, що кантує діаметр початкової окружності рейкової шестірні маса злитка тривалість циклу прокатки передаточне число редуктора к. п. буд. редуктора	Н; L = 2,3 м; V = 0,6 м/с; n = 480 про/хв; l = 6,85 м; mл1 = 1060 кг; mл2 = 14776 кг; mл2 = 7560 кг; mш1 = 8175 кг; mш2 = 4845 кг; mш2'' = 7030 кг; mш3 = 3595 кг; mк = 6525 кг; dш = 0,648 м; mсл = 8000 кг; tц = 128 c; i = 14,5; ? = 0,9.

При розрахунку потужності й виборі електродвигуна маніпулятора статичні моменти й потужності електродвигунів маніпулятора розраховують для однієї пари лінійок (правих або лівих), причому для розрахунку береться та пара, що несе на собі електропривод і механізм кантователя.

Час пауз між проходами при прокатці не більше 2 з, а у випадку кантування злитка - не більше 6 с. Програма переміщень лівих лінійок при прокатці показана в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 - Програма переміщень лівих лінійок при прокатці

Номер проходу	Номер калібру	Розміри злитка після прокатки, мм	Переміщення лівих лінійок маніпулятора, мм	Число вкл..
		висота	ширина
0 1 2ДО 3 4ДО 5 6ДО 7 8ДО 9 10ДО 11 12ДО 13 14ДО 15 16ДО 17	1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 3 4 4 5	615 550 500 500 500 455 400 455 380 345 280 310 230 240 180 190 140 150	615 615 615 505 510 505 510 405 410 385 390 290 300 240 250 190 200 150	700 - 100 100 - 100 100 - 610 - 450 - 100 100 - 100 100 - 500 - 505 - 100 100 - 100 100 - 510 - 455 - 100 100 - 100 100 - 410 - 400 - 100 100 - 100 100 - 390 - 1040 - 100 95 - 100 95 - 200 - 500 - 1100 95 - 100 95 - 250 - 500 - 90 - 100 95 - 100 95 - 300 - 500 - 80 - 100 2170	2 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 5 2 5 1

Усього включень у цикл - 54 з, число включень у годину електропривода лівих лінійок - 1520.

1.1.2 Розрахунок моментів статичних опорів

Сумарні маси деталей, що доводяться на тертьові й поверхні, що котяться

,

де - маса штанг, що штовхають

,

кг;

кг.

,

кг.

Складові сумарного моменту статичного опору

,

де µ1 - коефіцієнт тертя ковзання лінійок об напрямні

µ1 = 0,15;

f - коефіцієнт тертя катання рейок по бандажах рейкових шестірень

;

Н·м.

Момент, необхідний для переміщення злитка по роликах

,

де µ2 - коефіцієнт тертя ковзання злитка по роликах рольганга

µ = 0,3;

Н·м.

Момент, необхідний для виправлення злитка

,

Н·м.

Сумарний статичний момент.

Статичний момент, необхідний для переміщення лінійок і злитка по рольгангу

,

Н·м.

Статичний момент

Мс = М1 + М2 + М3,

Мс = 1494,8 + 584,5 + 12413,8 = 14493,1Н·м.

Відносне статичне навантаження електродвигуна при переміщенні злитка зі сталою швидкістю

,

де Мн - номінальний момент

Мн = 2995,2 Н·м;

.

Відносне статичне навантаження електродвигунів при виправленні металу з тиском 50 т

,

.

Розрахункові значення л і л' не перевищують припустиму величину

1.1.3 Визначення оптимального передаточного числа редуктора

На практиці більшість програмних переміщень лінійок маніпулятора відбувається при швидкостях двигуна n < nн. Тому необхідно перевірити правильність вибору передаточного числа i від оптимального i0, знайденого з умови мінімального часу розгону й з маніпулятора.

Оптимальне число при розгоні

,

де

,

Н·м;

Приймаємо, що в періоди пуску й гальмування середній момент, що розвивається двигуном, дорівнює . Таким чином, при двох руховому приводі маніпулятора

,

Н·м;

,

;

.

Оптимальне передаточне число при гальмуванні

,

.

Оптимальне передаточне число редуктора, що забезпечує оптимальний час пуску й гальмування

,

Фактичне передаточне число i = 14,5 більше оптимального. Однак, збільшення i, у порівнянні з i0 навіть на 40%, не робить істотного впливу на прискорення електропривода.

2.1.4 Перевірка потужності обраного електродвигуна по нагріванню

Потужність електродвигуна по нагріванню визначається методом еквівалентних прискорень.

Розрахунок прискорень і критичного переміщення лінійок маніпулятора. Лінійне прискорення лінійок

,

Де Мп = Мт = Мд = 8985,6 Н·м;

Н·м·с?;

Мс = Мпер = 2079,3 Н·м;

м/з?.

Лінійна з лінійок

,

м/з?.

Еквівалентне лінійне прискорення

,

м/з?.

Критичне переміщення лінійок при основній частоті обертання електродвигуна

,

м.

Критичне переміщення при максимальній частоті обертання

,

м.

Еквівалентний динамічний момент привода

Де

Мjп = Мп - Мс,

Мjп = 8985,6 - 2079,3 = 6906,3 Н·м.;

Мjт = Мт + Мс,

Мjт = 8985,6 + 2079,3 = 11064,9 Н·м;

Н·м.

2.1.5 Розрахунок моменту інерції механізму

,

де Jприв.гр - наведений до вала двигуна момент інерції механізму з вантажем, кг·м?

,

де Jвращ - момент інерції обертових частин механізму (двигун, муфта, шестірні редуктора, кривошипа, гака, заготівлі), кг·м?

,

де

,

кг·м?;

,

кг·м?;

;

кг·м?;

кг·м?;

кг·м?;

кг·м?.

2.1.6 Вибір електродвигуна

Розрахунок статичної потужності

,

кВт.

Розрахунок попередньої потужності й вибір електродвигуна по каталозі.

Попередня потужність двигуна

,

де ДО - коефіцієнт, що враховує циклічність роботи механізму

ДО = 0,8;

кВт.

Орієнтовна тривалість включення

,

де Кi - кількість операцій протягом одного циклу

Кi = 2;

tр - час однієї операції

,

;

tц - час циклу

,

с;

де Nц - число включень у годину

Nц = 54;

.

Знаходимо остаточно попередню потужність двигуна

,

кВт.

Вибираємо двигун по каталозі [1, таблиця 16.5]

тип номінальна потужність номінальна частота обертання номінальний струм якоря номінальна напруга опір якірного ланцюга двигуна момент інерції якоря момент інерції робочого механізму	ДС - 816; Рн = 70 кВт; nн = 240 про/хв; Iн = 370 А; Uн = 220 У; Rдв = 0,045 Ом; Jя = 18 кг·м?; Jр.м. = 9,72 кг·м?.

1.2 Опис модернизуємої схеми

Схема керування двигуном кантователя живиться постійним струмом.

Силова частина схеми складається з якоря двигуна М, пуско-регулюючих опорів R, котушок максимально-струмових реле. Якір двигуна включений у реверсивну рамку (контакти контакторів КМ2, КМ3, КМ4, КМ5). Також у силовій частині схеми перебувають котушки реле контролю напруги KV1, KV2, котушки КТ2, КТ3 реле часу.

У ланцюзі керування перебувають: котушка гальма YB, обмотка збудження двигуна LM, реле прискорення першого щабля КТ1, контактор динамічного гальмування, реле нульове KV5, котушки реверсивних контакторів КМ 2-КМ5, котушка реле формування початкового імпульсу КТ4, котушка лінійного контактора КМ1, котушки контакторів прискорення КМ 7-КМ9, котушка проміжного реле KV3, котушка реле включення гальма. Контроль крайнього верхнього положення гаків кантователя здійснюється контактом SQ5.

Схема працює в такий спосіб. При натисканні пускової кнопки SB і за умови знаходження рукоятки командо контролера в нульовому положенні одержує живлення котушка нульового реле KV5, його контакти замикаються й реле стає на само живлення - кнопку SB можна відпустити. У нульовому положенні також одержує живлення котушка КТ1,, обмотка збудження двигуна LM.

При перекладі рукоятки в перше положення «Уперед» одержують живлення котушки: КМ 1-КМ3, КМ10, втрачає живлення котушка КТ1. Двигун підключається до мережі в напрямку «Уперед», розгальмовується й починає обертатися з мінімальною швидкістю при уведених опорах. Одержують живлення котушки КТ2, КТ3, що перебувають у силовому ланцюзі.

Через витримку часу КТ1 одержує живлення КМ7. Його контакт у силовому ланцюзі виводе частину опору R, двигун починає обертатися швидше. Втрачає живлення котушка КТ2, його контакт замикається з витримкою часу й подає живлення на котушку КМ8. Контакт КМ8 силового ланцюга замикається й виводить частина пускового резистора. Двигун збільшує швидкість. Втрачає живлення котушка КТ3, з витримкою часу контакт КТ3 замикається, приходить живлення на котушку КМ9. Контакт КМ9 у силовому ланцюзі замикається, виводячи останній щабель пускового опору. Двигун розганяє до номінальної швидкості обертання

Для зупинки двигуна необхідно рукоятку командо контролера повернути в нульове положення. Двигун втрачає живлення. При цьому контакти KV1 або KV2 реле напруги замкнута й котушка КМ6 одержує живлення. Контакт КМ6 у силовому ланцюзі замикається, паралельно якорю двигуна включається опір динамічного гальмування Rд.т. двигун швидко втрачає швидкість, його э.д. с. зменшується. У момент коли э.д. с. двигуна не удержить реле KV1 або KV2 котушка КМ6 втратить живлення й схема вернеться у вихідне положення.

У схемі передбачені наступні види захистів:

Нульовий захист - від мимовільного включення комутаційної апаратури при поновленні живлення KV5.

Максимально-Струмова - реле КА1, КА2.

Захист від втрати живлення в ланцюзі обмотки збудження двигуна - реле КА3.

Ключ-Бирка.

В автоматичному вимикачі SF передбачений струмовий і тепловий расцепители.

Шляховий вимикач SQ.

1.3 Опис розробленої схеми керування

Схема складається із силової частини схеми й схеми керування.

Силова схема складається з живильного трансформатора Т, блоку силових тиристорів V 1-V12, двигуна М.

Силові тиристори включені по зустрічно-паралельній трифазній мостовій схемі. Живильний трансформатор підключається через автоматичний вимикач Q1, що має струмовий расцепитель.

У силову частину включені прилади контролю:

напруги PV;

струму замикання на землю m;

шунт RS1 для підключення амперметра А.

Сигнали керування надходять на тиристори від системи керування через блоки імпульсних пристроїв.

У схемі передбачений зворотний зв'язок по струму. Датчик струму підключає до шунта силового ланцюга.

Блок датчиків стану вентилів здійснює контроль тиристорів і дає сигнал дозволу роботи в систему керування.

Вузол захисту від перенапруг складається з розрядних RC ланцюжків, що виконують функцію захисту при включенні силового трансформатора на неодруженому ходу, відключення в ланцюзі постійного струму, перегоряння плавких вставок, а також перенапруг, викликуваних комутацією струму з одного вентиля на іншій.

У схемі відбувається постійний контроль напруги головних ланцюгів і він виходить на блок світлової сигналізації.

Також у схемі передбачений зворотний зв'язок по напрузі. Цю функцію виконує датчик напруги, пропорційний Uя через блок дільників.

У схемі передбачене роздільне керування вентильними групами. У напрямку «Уперед» працюють вентилі непарних номерів V1, V3, V5, V7, V9,

V11. У напрямку «Назад» працюю парні - V2, V4, V6, V8, V10, V12.

При гальмуванні передбачений переклад схеми в режим інвертора. При цьому енергія, запасена в обертовому якорі двигуна перетвориться в енергію змінного струму й віддається в мережу через тиристори й живильний трансформатор.

1.4 Синтез і моделювання системи керування електропривода

1.4.1 Опис системи підлеглого регулювання в системі ТП-Д

Система підлеглого регулювання із пропорційним регулятором швидкості (П - регулятор) електропривода (частоти обертання електродвигуна) одержала найбільш широке застосування в металургійній промисловості й застосовується для електроприводів, що допускають по технологічних вимогах астатическую характеристику по вхідному впливі й статичну по возмущающему До таких приводів ставиться й механізм кантователя.

Система регулювання складається із двох контурів: внутрішнього - контуру струму, і зовнішнього - контуру частоти обертання (швидкості). Як регулятори й датчиків використаються операційні підсилювачі. Регулятор струму (РТ) вибирається пропорційно^-інтегральним (ПІ - регулятор), що диференціює частина якого компенсує електромагнітну постійну часу об'єкта регулювання, а інтегруюча частина забезпечує задану якість процесів регулювання. Регулятор частоти обертання (швидкості) (РС) вибирається пропорційним (П - регулятор). Обмеження струму якірного ланцюга досягається шляхом обмеження вихідної величини регулятора частоти обертання (швидкості), що є завданням на струм.

Аналіз виконується при наступних передумовах: струм якірного ланцюга є безперервним і зовнішньою характеристикою перетворювача не має зламів при малих струмах, не враховується потік реакції якоря; фільтри датчиків струму й частоти обертання (швидкості) вибираються з умови обмеження пульсацій вихідної напруги до рівня, при якому система фазового управління перетворювача працює без збоїв; пульсації якірного струму й частоти обертання (швидкості) перебувають у припустимих межах, і аналогові підсилювачі працюють без помітного зниження коефіцієнта підсилення.

Розглядаються такі співвідношення між параметрами струмового контуру, при яких вплив э.д. с. двигуна істотно не позначається на динаміку процесів.

Передатна функція пропорційного регулятора (П - регулятора) швидкості

.

Передатна функція пропорційно-інтегрального регулятора (ПІ - регулятора) струму

.

Тиристорний перетворювач (ТП) - представлений у спрощеному виді. Якірний ланцюг двигуна постійного струму (ДПТ) представлена з обліком внутрішнього зворотного зв'язку. Підлегле регулювання параметрів системи забезпечується зворотними зв'язками по струму й швидкості, представленими в структурній схемі коефіцієнтами відповідно Кт і Кс.

Що стосується вимог до динаміки, те їхній зміст зводиться до того, щоб зробити систему керування більше гнучкої. Регулятор повинен бути побудований так, щоб регульована величина якнайшвидше й точніше ипливала за зміною завдання, а також, щоб якнайменше откланялась від заданої величини при впливі різних збурювань. Відхилення регульованої величини від заданого значення повинне усуватися регулятором за найкоротший час і з мінімальним перерегулюванням.

1.4.2 Розрахунок регуляторів

Розрахунок контуру струму.

Передатна функція розімкнутого контуру струму

.

Передатна функція замкнутого контуру струму

.

Запишемо співвідношення, де ліва частина є передатною функцією регулятора струму, виражена через параметри привода, а права частина - через елементи регулятора струму:

;

звідси треба, що

,

де

мкФ = 1 мкф = Ф;

Ом = 14 кому;

;

Ом 90 кому.

Розрахунок контуру швидкості.

Передатна функція замкнутого контуру швидкості

.

Використавши передатну функцію регулятора швидкості і його елементів, одержимо:

,

звідси треба, що

,

де

Rзс = кому = 30 кому;

Ом 75 кому.

1.4.3 Розрахунок коефіцієнтів математичної моделі системи

електропривода

Розраховуємо коефіцієнти системи електропривода, для складання математичної моделі

;

.

;

.

;

.

ДО4 = Кт. п;

ДО4 = 33,37.

;

.

;

.

ДО7 = КеФ;

ДО7 = 8,1.

ДО8 = Кт;

ДО8 = 0,0108.

ДО9 = Кс;

ДО9 = 0,368.

а) для режиму холостого ходу

ДО10 = 0;

б) для режиму з навантаженням

ДО10 = Id;

ДО10 = 370 А.

Т1 = Тп;

Т1 = 0,01 с.

Т2 = Тя;

Т2 = 0,014 с.

Розрахунок перехідних процесів робимо на ПЕВМ, застосувавши програму MATLAB.

електродвигун потужність редуктор

1.5 Математична модель електроприводу



1.6 Графіки перехідних процесів

Графік перехідного процесу струму при холостому ході показаний на мал. 1. У початковий момент часу при пуску відбувається кидок струму внаслідок інерційності механізму. Далі спостерігається зменшення величини струму, що відповідає розгону двигуна. При досягненні двигуном швидкості холостого ходу відбувається зниження величини струму до значення струму холостого ходу.

Графік перехідного процесу швидкості при холостому ході показаний на мал. 2. Швидкість двигуна збільшується плавно до величини швидкості холостого ходу. Час розгону становить порядку 0,45 с.

Графік перехідного процесу струму при набросі навантаження показаний на мал. 3. При додатку номінального навантаження в момент часу 0,6 з відбувається зростання струму до номінального значення.

Графіки перехідних процесів показані на мал. 4.



Мал. 1. Графік перехідного процесу струму при холостому ході

Мал. 2. Графік перехідного процесу швидкості при холостому ході.



Мал. 3. Графік перехідного процесу струму при набросі навантаження

Цифрами в кружках позначені:

Ш момент торкання важелями кантователя краю листа;

Ш момент, у який лист цілком знімається важелями, що кантують, з ланцюгів стелажа;

Ш момент прийому листа прийомними важелями з важелів, що кантують;

Ш момент, у який край листа стосується ланцюгів стелажа;

Ш момент, у який лист цілком кладе на стелаж.



Мал. 4.Графік перехідних процесів.

Размещено на Allbest.ru