Электропривод стола продольно-строгального станка по системе "ПЧ-АД"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Описание работы механизма

2. Расчёт и построение скоростной и нагрузочной диаграмм механизма

2.1 Расчет времени работы на отдельных участках диаграммы

3. Определение расчётной мощности электродвигателя

4. Расчёт и построение упрощённых скоростной и нагрузочной диаграмм электропривода

5. Предварительная проверка электродвигателя по нагреву и перегрузочной способности

6. Расчёт и построение естественных электромеханической и механической характеристики

7. Расчёт и построение искусственных механических характеристик, обеспечивающих выполнение технологических операций

8. Выбор силового преобразователя для регулирования ЭП

9. Расчёт переходных процессов ЭП за цикл и построение кривых за цикл ?(t), М(I), I(t), ?P(t)

10. Окончательная проверка двигателя по нагреву и перегрузочной способности

11. Расчёт расхода электроэнергии за цикл и циклового КПД

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Данный курсовой проект включает в себя основные вопросы проектирования системы электропривода производственного механизма : изучение особенностей работы механизма, выбор типа электропривода, выбор рода тока и типа электродвигателя, выбор напряжения и частоты питающей сети или преобразователя , расчёт мощности и выбор двигателя и т.д..

В группу строгальных станков входят поперечно-строгальные, продольно-строгальные и долбёжные станки. Характерная особенность строгальных станков - возвратно-поступательное перемещение резца или детали с режимом строгания при прямом ходе и осуществление прерывистой поперечной подачи после каждого одинарного или двойного хода резца или детали. На продольно-строгальных станках осуществляется строгание больших деталей. Такие станки выпускаются разных размеров с длиной стола 1,5 - 12 м.

Главной задачей проектирования электропривода является определение мощности и выбор электродвигателя и дальнейшая его проверка по условиям работы .

Особое внимание в данном курсовом проекте уделяется проверке выбранного двигателя по нагреву и перегрузочной способности , а также определению требований к преобразователю и разработке схем электропривода.

1. Описание работы механизма

электропривод мощность нагрузочный нагрузка преобразователь

Современный металлорежущий станок оборудован сложной системой автоматизированного электропривода, включающей в себя многие электрические машины, как генераторы, так и двигатели, всевозможный усилительные и преобразовательные устройства, многочисленную аппаратуру. В современных тяжелых и уникальных станках число электрических машин достигает нескольких десятков.

В совокупности с механическими, гидравлическими и другими системами автоматизированный электропривод обеспечивает высокие производительность и качество работы современных металлорежущих станков, являясь основой комплексной автоматизации технологических процессов машиностроения. Быстрое развитие техники вызвало появление весьма сложных и разнообразных систем комплексной автоматизации в станкостроении, таких, как системы следящего электропривода, программные, самонастраивающиеся системы и др.

Увеличение производительности станка и уменьшение стоимости электрооборудования являются основными требованиями, предъявляемыми к системам автоматизированного электропривода, однако они противоречат друг другу.

Рисунок 1.1- Эскиз строгания

1 - резец, 2 - суппорт, 3 - поперечина, 4 - изделие, 5 - стол;



Рисунок 1.2 - Кинематическая схема продольно-строгального станка

1-электродвигатель, 2-редуктор, 3-стол, 4-ходовая шестерня.

Двигатель подключается к сети через преобразователь частоты. После пуска двигателя стол разгоняется до пониженной скорости и резец на этой скорости врезается в деталь. После этого скорость стола увеличивается до скорости прямого хода. Перед выходом резца из детали скорость движения стола опять понижается до пониженной, чтобы не происходило выламывание металла из детали. Далее стол перемещается до датчика координат. Как только стол достигает этого датчика, с него подается сигнал на реверс в двигателе и на скорости обратного хода стол возвращается в исходное положение, которое также определяется датчиком. После чего цикл повторяется.

Исходные данные:

Масса детали m_д= 8 т;

Масса стола m_ст= 5 т;

Длина детали l=1 м;

Скорость рабочего хода ;

Скорость обратного хода ;

Пониженная скорость ;

Максимальное усилие резания F_z=36 кН;

Коэффициент трения в направляющих =0,065;

Радиус приведения ;

Номинальный КПД передачи _п.ном=86%;

Регулирование скорости однозонное: вниз от основной.

2. Расчёт и построение скоростной и нагрузочной диаграмм механизма

2.1 Расчет времени работы на отдельных участках диаграммы

Для продольно-строгального станка характерны 4 участка циклограммы:

Движение с пониженной скоростью (врезание резца);

Резание детали со скоростью рабочего хода;

Движение с пониженной скоростью (выход резца из детали)

Обратный ход.

Для продольно-строгального станка скоростная диаграмма механизма

подачи будет иметь вид, представленный на рисунке 2.1:

Разделим весь цикл работы на 10 промежутков.

Первый интервал времени разгона от нуля до пониженной скорости:

,

где - среднее ускорение, из [1].

Путь, пройденный за первый интервал времени:

.

Примем, что путь, пройденный механизмом на пониженной скорости , тогда:

- время движения на пониженной скорости.

Интервал времени разгона механизма от пониженной скорости до скорости прямого хода будет равен:

.

Путь, пройденный за третий интервал времени:

.

Исходя из диаграммы работы механизма, по условиям симметрии принимаем:

Определим весь путь, который походит стол на прямом ходу:

 м.

Теперь из рисунка 2.1 геометрически выражаем путь, пройденный на скорости прямого хода:

м.

Тогда четвёртый интервал времени будет равен:

.

Определим время разгона стола до скорости обратного хода и путь, проходимый за это время:

,

.

По условиям симметрии принимаем:

Теперь выражаем путь, который проходит стол на скорости обратного хода и время работы на этой скорости:

,

.

Время выполнения технологической операции , с:

с.

2.2 Расчет статических и динамических усилий

Сила, действующая на механизм, на каждом временном интервале t_i рассчитывается на основании конкретного технологического процесса, выполняемого механизмом.

Статическое усилие стола при прямом ходе:

.

где F_z - усилие резания, Н,

F_у - вертикальная составляющая усилия при резании, Н,

- масса детали и масса стола, кг,

- коэффициент трения стола о направляющие,

- номинальный к.п.д. передачи.

Статическое усилие стола при обратном ходе:

,

где - к.п.д. передачи при обратном ходе:

.

- коэффициент постоянных потерь в передаче принимаем .

- номинальный КПД передачи, ;

- коэффициент загрузки, определяемый по формуле:

,

- усилие резания, кН.

- вертикальная составляющая усилия при резании. Принимаем:

Н.

Тогда:

.

Рассчитаем к.п.д. передачи при обратном ходе:

.

кН.

Определим теперь тяговые усилия на столе при резании металла:

.

Определяем теперь динамическое усилие:

кН.

Теперь для каждого участка скоростной диаграммы определяем тяговые усилия:

, где .

кН,

кН,

кН,

кН,

кН,

кН,

Н,

кН,

кН,

Н.

По полученным данным к скоростной диаграмме достраиваем нагрузочную диаграмму механизма. Она представлена на рисунке 2.2:



Рисунок 2.1 - Скоростная и нагрузочная диаграмма работы механизма передвижения стола продольно-строгального станка.

3. Определение расчётной мощности электродвигателя

Режим работы считаем длительным. Рассчитываем теперь эквивалентную силу за время цикла:

где - общее время рабочего цикла, рассчитанное ранее.

На основании эквивалентной силы и номинальной скорости рассчитаем эквивалентную мощность двигателя. В качестве номинальной скорости принимаем максимальную, то есть скорость обратного хода:

м/с.

Тогда эквивалентная мощность двигателя будет равна:

кВт.

Расчётная мощность, по которой выбирается электродвигатель:

,

где - коэффициент запаса, который учитывает наличие динамических моментов электродвигателя. Принимаем . Тогда получим:

кВт.

Принимаем ближайшее значение из стандартного ряда: кВт.

Рассчитаем номинальную угловую скорость электродвигателя. Для этого воспользуемся заданным соотношением:

м/рад,

где ? - радиус приведения.

Тогда получим:

рад/с.

об/мин.

Принимаем ближайшее значение из стандартного ряда: об/мин. Из справочника [1] выбираем тип асинхронного двигателя типа 4А200L4У3 с исполнением по степени защиты IP44 со следующими номинальными данными представленными в таблице 3.1:

Таблица 3.1

Параметры двигателя	Наименование	Величина	Размерность
Мощность	Рном	45	кВт
номинальное напряжение	Uном	380/220	В
момент инерции	Jдв	0,45	кг'м2
частота вращения	nном	1500	об/мин
КПД	hном	92	%
	cos j ном	0,9
Коэффициент перегрузки по моменту	м = Мmax/Мном	2,2
Коэффициент перегрузки по току	i = Iп/Iном	7
Скольжение	Sном	1,8	%

С учетом данных выбранного электродвигателя уточняем значение номинальной угловой скорости двигателя:

рад/с.

4. Расчёт и построение упрощённых скоростной и нагрузочной диаграмм электропривода

Нагрузочная диаграмма механизма представляет собой зависимость электромагнитного момента М от времени. Из основного уравнения движения электропривода:

,

где М_дин - динамический момент электропривода,

М_с - статический момент на валу электродвигателя,

J - суммарный момент инерции электропривода,

- угловая скорость вращения двигателя.

Динамический момент электропривода М_дин определим, принимая линейный закон изменения скорости.

=,

где - допустимое угловое ускорение:

.

Определяем - суммарный момент инерции электропривода:

,

где - коэффициент, учитывающий момент инерции вращающихся частей передаточного механизма. Принимаем .

- момент инерции двигателя,

m - масса поступательно движущихся частей механизма (), где - масса детали, - масса стола.

- радиус приведения.

Тогда:

кг·м².

Динамический момент электропривода:

Нм.

На каждом интервале нагрузочной диаграммы момент двигателя будем рассчитывать по следующей формуле:

.

Рассчитаем статические моменты для движения стола без резки металла и при резке металла соответственно:

Н·м,

Н·м.

Рассчитаем значения моментов и угловой скорости на каждом участке диаграммы. Определим момент для интервала разгона двигателя от нуля до пониженной скорости:

.

Определим момент для интервала работы на пониженной скорости:

.

Определим пониженную угловую скорость:

рад/с.

Определим момент для интервала разгона от пониженной скорости до скорости прямого хода:

.

Определим момент для интервала работы на скорости прямого хода:

.

Определим угловую скорость прямого хода:

рад/с.

Определим момент для интервала торможения от скорости прямого хода до пониженной скорости:

.

Определим момент для интервала работы на пониженной скорости:

.

Определим момент для интервала снижения скорости от пониженной до нуля:

.

Определим момент для интервала разгона в обратную сторону до скорости обратного хода:

.

Определим момент для интервала работы на скорости обратного хода:

.

Определим угловую скорость обратного хода:

рад/с.

Определим момент для интервала торможения от скорости обратного хода до нуля:

.

Скоростная диаграмма электропривода представляет собой зависимость угловой скорости электродвигателя, а нагрузочная - электромагнитного момента от времени за цикл работы. Зависимость представлены на рисунке 4.1:

Рисунок 4.1 - Упрощенные скоростная и нагрузочная диаграммы работы электропривода передвижения стола продольно-строгального станка

5. Предварительная проверка электродвигателя по нагревуи перегрузочной способности

Упрощенная нагрузочная диаграмма электропривода используется для проверки двигателя по нагреву и перегрузочной способности. Электропривод работает в циклическом режиме с переменной нагрузкой. Для проверки двигателя по нагреву используем метод эквивалентного момента. Условием правильного выбора двигателя по нагреву будет:

M_э M_ном .

В циклическом режиме эквивалентный момент определяется только для рабочих участков:

,

где М_i - электромагнитный момент двигателя на i - м участке упрощенной нагрузочной диаграммы электропривода,

t_i - временной интервал i- го участка упрощенной нагрузочной диаграммы электропривода,

- коэффициент охлаждения самовентилируемого двигателя на i - участке упрощенной нагрузочной диаграммы электропривода, рассчитываемый по формуле:

,

?_i - средняя угловая скорость на i-м участке.

- коэффициент ухудшения охлаждения при неподвижном роторе двигателя (= 0,45 - 0,55 - для закрытых (обдуваемых) самовентилируемых двигателей), принимаем .

При разгоне до пониженной скорости коэффициент можно найти как среднее арифметическое коэффициентов при работе на постоянных скоростях:

.

Определим коэффициенты охлаждения двигателя на каждом участке работы:

1 Участок: Разгон до пониженной скорости:

.

2 Участок: Движение на пониженной скорости:

.

3 Участок: Разгон до скорости прямого хода ( врезание в заготовку ):

.

4 Участок: Движение со скоростью прямого хода (режим резания):

.

5 Участок: Торможение до пониженной скорости:

.

6 Участок: Движение на пониженной скорости:

.

7 Участок: Торможение до нулевой скорости:

.

8 Участок: Разгон до скорости обратного хода:

.

9 Участок: Движение со скоростью обратного хода:

.

10 Участок: Торможение до нулевой скорости:

.

Вычислим :

Вычислим :

Исходное уравнение примет вид:

Номинальный момент двигателя

Предварительно выбранный электродвигатель будет удовлетворять условиям нагрева, если:

М_э М_ном , ( 5.1 )

М_э=286,6 Нм < М_ном = 291,88 Нм.

Очевидно, что условие (5.1) соблюдается, следовательно, выбранный двигатель соответствует условиям по нагреву.

Условием проверки двигателя по перегрузочной способности является следующее условие:

(5.2)

где и - расчётное и табличное значение максимального момента, Нм.

Соблюдение условия (5.2) указывает на то, что электродвигатель будет удовлетворять условиям перезагрузки.

6. Расчёт и построение естественных электромеханической и механической характеристики

Механической характеристикой называется зависимость , а электромеханической - зависимость .

Номинальный ток статора:

А.

Номинальное скольжение: .

Ток холостого хода:

А.

Номинальная угловая скорость:

рад/с.

Синхронная угловая скорость:

рад/с.

Номинальный момент на валу:

Нм.

Номинальные потери мощности:

Вт.

Принимаем:

Вт,

Вт.

Выпишем из [1] параметры схемы замещения (рисунок 6.1) асинхронного двигателя 4А200L4У3.

Запишем в таблицу 6.1 параметры схемы замещения асинхронного двигателя 4А200L4У3 в относительных единицах.

Таблица 6.1

х*?	R*1	х*1	R'*2	х'*2
4,6	0,034	0,082	0,017	0,14

Рисунок 6.1 - Эквивалентная Т-образная схема для одной фазы асинхронного

Базовое сопротивление:

Ом.

Активное сопротивление фазы статора:

Ом.

Индуктивное сопротивление фазы статора:

Ом.

Активное сопротивление фазы ротора приведенные к обмотке статора:

Ом.

Индуктивное сопротивление фазы ротора приведенное к обмотке статора:

Ом.

Индуктивное сопротивление намагничивающего контура:

Ом.

Индуктивное сопротивление короткого замыкания двигателя при номинальном скольжении:

.

где - коэффициент, учитывающий рассеяние магнитного потока обмотки статора: . Тогда получим:

Ом.

Будем рассчитывать естественные механические и электромеханические характеристики с учетом переменных параметров, используя систему 6.1 из [1].

;

; (6.1) (6.1)

;

,

где R_1,э = R₁ + R₂; R_2,э = ;

R₂ = ; k = ;

k₁ = 1 - kS_ном ;

d = ; I₀ = I_1ном ;

k₂ = ;

E_1,ном = ;

E_1,n = ;

cos;

;

Принимаем:

.

Номинальный ток ротора:

А.

Пусковой ток ротора:

А.

Определяем пусковой ток двигателя:

 А.

Принимаем коэффициент:

.

Определяем пусковой момент двигателя:

Нм.

Рассчитаем остальные недостающие параметры:

Ом.

Ом.

Ом.

.

.

.

Ом.

Ом.

Ом.

..

.

Механические и электромеханические характеристики асинхронного короткозамкнутого двигателя с учетом переменных параметров выражаются параметрическими уравнениями 6.1:

Результаты расчета естественной механической и электромеханической характеристик оформим в виде таблицы 6.2:

Таблица 6.2 - Расчет естественной механической и электромеханической характеристик.

S	M, Нм	, A	, A	?, рад/с
1	442,34	424,53	424,66	0
0,9	436,98	408,71	408,86	15,7
0,8	434,17	392,65	392,83	31,4
0,7	434,79	376,29	376,50	47,1
0,6	440,26	359,52	359,78	62,8
0,5	452,87	342,14	342,46	78,5
0,4	476,62	323,72	324,14	94,2
0,3	518,78	303,20	303,74	109,9
0,2	591,47	277,13	277,85	125,6
0,1	678,99	228,07	229,19	141,3
0,08	673,81	208,89	210,18	144,44
0,018	300,78	74,52	78,71	154,174
0	0,00	0,00	26,00	157
-0,018	-349,20	81,12	84,99	159,826
-0,08	-916,94	245,52	246,62	169,56
-0,1	-895,16	265,72	266,69	172,7
-0,2	-615,94	308,76	309,41	188,4
-0,3	-436,51	329,87	330,36	204,1
-0,4	-331,16	347,59	347,98	219,8
-0,5	-261,74	364,41	364,72	235,5
-0,6	-211,31	380,88	381,13	251,2
-0,7	-171,86	397,17	397,37	266,9
-0,8	-139,20	413,33	413,50	282,6
-0,9	-110,95	429,38	429,52	298,3
-1	-85,67	445,32	445,45	314

Исходя из результатов расчета строим механическую и электромеханическую характеристики двигателя (Рисунок 6.2-6.3):



Рисунок 6.2 - Естественная механическая характеристика АД типа 4А200L4У3 с учетом переменных параметров.

Рисунок 6.3 - Естественная электромеханическая характеристика АД типа 4А200L4У3 с учетом переменных параметров.

Построив естественную механическую и электромеханическую характеристики АД типа 4А200L4У3, сравним полученные значения пускового момента , критического момента , тока холостого хода и пускового тока с их расчетными значениями.

Получим: = ;

> ;

> ;

= .

Исходя из полученных значений пускового момента , критического момента , тока холостого хода и пускового тока видим, что при расчете механические и электромеханические характеристики асинхронного короткозамкнутого двигателя с учетом переменных параметров при помощи параметрических уравнений 6.1 погрешность не превышает 6%

7. Расчёт и построение искусственных механических характеристик, обеспечивающих выполнение технологических операций

Для управления принимаем закон частотного управления при .

Семейство механических характеристик может быть представлено параметрическим уравнением:

(7.1)

где - относительная частота питающего двигатель напряжения.

S_а - абсолютное скольжение (параметр).

(7.2)

где -- номинальная частота сети питающего напряжения, Гц.

(7.3)

где - скорость холостого хода соответствующего участка работы, рад/с.

(7.4)

где - момент соответствующий участку работы с , Нм.

,

где - номинальная ЭДС взаимоиндукции АД.

(7.5)

Получим:

В.

Тогда:

Нм.

Теперь найдем абсолютное критическое скольжение:

.(7.6)

Т.о. получили следующую систему:

Для этого используем коэффициент , который найдем по формуле:

. (7.7)

1 Движение на пониженной скорости:

.

2 Движение со скоростью прямого хода ( режим резания ):

;

3 Движение со скоростью обратного хода:

Используя систему 7.1 построим семейство механических характеристик при различных значениях , (рисунок 7.1):

Таблица 7.1 - Расчет искусственных механических характеристик

Sa	M, Нм	(при =0,29), рад/с	(при =0,83), рад/с	(при =0,96), рад/с
1	108,17	-111,47	-26,69	-6,28
0,9	120,03	-95,77	-10,99	9,42
0,8	134,79	-80,07	4,71	25,12
0,7	153,64	-64,37	20,41	40,82
0,6	178,51	-48,67	36,11	56,52
0,5	212,77	-32,97	51,81	72,22
0,4	262,71	-17,27	67,51	87,92
0,3	341,27	-1,57	83,21	103,62
0,2	476,84	14,13	98,91	119,32
0,1	696,19	29,83	114,61	135,02
0,08	723,69	32,97	117,75	138,16
0,018	329,14	42,70	127,48	147,89
0	0,00	45,53	130,31	150,72
-0,018	-329,14	48,36	133,14	153,55
-0,08	-723,69	58,09	142,87	163,28
-0,1	-696,19	61,23	146,01	166,42
-0,2	-476,84	76,93	161,71	182,12
-0,3	-341,27	92,63	177,41	197,82
-0,4	-262,71	108,33	193,11	213,52
-0,5	-212,77	124,03	208,81	229,22
-0,6	-178,51	139,73	224,51	244,92
-0,7	-153,64	155,43	240,21	260,62
-0,8	-134,79	171,13	255,91	276,32
-0,9	-120,03	186,83	271,61	292,02
-1	-108,17	202,53	287,31	307,72



Рисунок 7.1 - Искусственные механические характеристики АД типа 4А200L4У3 при частотном управлении по закону .

При реализации закона частотного управления необходимо обеспечивать на обмотках статора АД фазное напряжение:

(7.8)

где , (7.9)

, (7.10)

(7.11)

Необходимо построить зависимость .Подставляем все известные параметры двигателя, получаем следующую систему уравнений, по результатам которой получаем таблицу и строим зависимость:

Таблица 7.2 - Расчет зависимости .

Sa	U при ? =0,96, B	U при ? =0,83, B	U при ? =0,29, B
0,075	220,64	190,76	66,65
0,065	220,29	190,46	66,55
0,055	219,55	189,82	66,32
0,045	218,30	188,74	65,95
0,035	216,43	187,12	65,38
0,025	213,85	184,89	64,60
0,018	211,63	182,97	63,93
0	204,87	177,13	61,89
-0,018	198,14	171,31	59,85
-0,025	195,97	169,44	59,20
-0,035	193,52	167,31	58,46
-0,045	191,84	165,86	57,95
-0,055	190,85	165,01	57,65
-0,065	190,42	164,63	57,52
-0,075	190,39	164,61	57,51

Рисунок 7.2 - Зависимость U=f(S_a) АД типа 4А200L4У3 при частотном управлении по закону .

8. Выбор силового преобразователя для регулирования ЭП

Выбор преобразователя выполняем по максимально допустимому току в переходном процессе:

,(8.1)

где - максимально допустимый ток на выходе преобразователя;

- максимальный ток двигателя в переходном процессе. Так как при частотном управлении АД работает с постоянным потоком, то справедливо условие:

, (8.2)

где - максимальный электромагнитный момент в переходных процессах, Н·м;

- номинальный момент двигатель, Н·м.

- номинальный ток, А.

А.

Выбираем из [1] преобразователь частоты Altivar 66 фирмы Telemecanique со следующими техническими данными:

- питающая сеть: 3-фазное напряжение 400В, 50 Гц;

- допустимая перегрузка по току: ;

- работа в 4-ох квадрантах;

- номинальная мощность двигателя: 55 кВт;

- номинальный выходной ток преобразователя: 115,5 А;

- максимальный ток (60с): 157,5 А;

- номинальная мощность: 79 кВА;

Тип ATV-66D79N4

Так как условие (8.1) выполняется, т.е. , то преобразователь удовлетворяет условию перегрузки.

9. Расчёт переходных процессов ЭП за цикл и построение кривых за цикл ?(t), М(I), I(t), ?P(t)

В системе ПЧ-АД при = const магнитный поток электродвигателя поддерживается на постоянном уровне и рабочие участки имеют постоянную величину модуля жесткости . Формирование динамики электропривода осуществляется за счет линейного задания скорости идеального холостого хода ₀(t).

Общие выражения скорости (t) и электромагнитного момента М(t) в переходном процессе имеют вид:

,

где

где - статический момент на данном участке работы;

- задаваемый динамический момент;

- начальный электромагнитный момент;

- статическое падение скорости;

- падение скорости, обусловленное заданным динамическим моментом ;

- падение скорости, обусловленное начальным электромагнитным моментом;

- критический момент и абсолютное критическое скольжение АД для принятого закона частотного управления _m = const;

- электромеханическая постоянная времени электропривода.

Если переходной процесс начинается с установившегося состояния, то

и .

В этом случае выражения для скорости и момента приобретают вид:

,

.

Характерные участки переходных процессов.

· пуск при постоянном статическом моменте:

Этот случай соответствует разгону электропривода при реактивном М_с и активном М_с для подъема груза. Переходный процесс разбивается на 3 этапа:

Первый этап: 0 t t_з, М М_с , = 0.

Время задержки движения

М(t) = ₀ t.

Второй этап: 0 t t₀ , где t = t - t_з, t₀ = t₀ - t_з.



Третий этап: 0 t 4T_м , где t = t - t₀ ,

· торможение электропривода при постоянном статическом моменте:

Процесс торможения будет зависеть от соотношения М_с и М_дин.0. Если М_с, торможение будет проходить в два этапа:

Первый этап: 0 t t₀ , M_дин,0 = const.

Второй этап: 0 t 4T_м , M_дин,0 = var.

При М_с торможение электропривода происходит в один этап. Этот случай чаще встречается в регулируемом электроприводе производственных механизмов, поэтому мы его здесь рассмотрим.

Если торможение электропривода начинается с установившегося состояния, то уравнения скорости и момента имеют вид:

Также произведём расчет потерь мощности асинхронного двигателя.

Определим сначала составляющие потерь мощности для номинального режима:

.

Номинальные потери мощности в стали статора:

Номинальные механические потери мощности:

При переменной частоте изменяются составляющие постоянных потерь мощности в АД:

,

.

В установившемся режиме составляющие переменных потерь мощности в АД:

В переходном процессе при линейном изменении относительной частоты можно найти средние потери в стали статора и средние механические потери:



В переходном процессе, когда изменяются синхронная скорость ₀(t), скорость ротора (t) и электромагнитный момент двигателя М(t), переменные потери мощности рассчитываются следующим образом:

Суммарные потери мощности, нагревающие АД, рассчитываются по выражению:

где

где - номинальное значение намагничивающего тока АД:

А.

Далее представлен расчёт для всех участков переходных процессов:

1 Участок: Разгон до пониженной скорости

Первый этап: 0 t₁ t_з



Электромагнитный момент:

Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе, рассчитываются по выражению:

Второй этап: t_з t₁ t₀₁ , обозначим , тогда,

где

Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе, рассчитываются по выражению:

Т.к. , то имеем:

() = _{0 кон} - _с.0 -=,

М() = М_с,о + =.

Третий этап: . Обозначим . Тогда 0,

Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе, рассчитываются по выражению:

Рис. 9.1 - Кривая изменения угловой скорости при разгоне ЭП от 0 до ?_пон.



Рис. 9.2 - Кривая изменения электромагнитного момента при разгоне ЭП от 0 до ?_пон.

Рис. 9.3 - Кривая изменения суммарных потерь мощности при разгоне ЭП от 0 до ?_пон.

3 Участок: Разгон до скорости прямого хода ( врезание в заготовку ).

Первый этап: 0 t₃ t₀₃,

(t₀₃) = _0.кон - _с,пр -=,

М(t₀₃) = М_{с, п} + =.

Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе, рассчитываются по выражению:

Второй этап: . Обозначим . Тогда 0,

Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе, рассчитываются по выражению:



Рис. 9.4 - Кривая изменения угловой скорости при разгоне ЭП от ?_пон до ?_пр.

Рис. 9.5 - Кривая изменения электромагнитного момента при разгоне ЭП от ?_пон до ?_пр.



Рис. 9.6 - Кривая изменения суммарных потерь мощности при разгоне ЭП от 0 до ?_пон.

5 Участок: Торможение до пониженной скорости.

Первый этап: 0 t₅ t₀₅ = t₀₃ = 0,466 с.

Т.к. М_с,п торможение электропривода происходит в один этап.

Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе, рассчитываются по выражению:



Рис. 9.7 - Кривая изменения угловой скорости при торможении ЭП от ?_пр до ?_пон.

Рис. 9.8 - Кривая изменения электромагнитного момента при торможении ЭП от ?_пр до ?_пон.



Рис. 9.9 - Кривая изменения суммарных потерь мощности при торможении ЭП от ?_пр до ?_пон.

7 Участок: Торможение до нулевой скорости.

Первый этап: 0 t₇ t₀₇=t₀₁=0,2532 c.

Т.к. М_с,о < , то торможение электропривода происходит в два этапа.

Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе, рассчитываются по выражению:

Второй этап: t₀₇ t₇ t₀₇+T_М. Обозначим

Тогда: 0 T_М=0,00794с.

Уравнения для второго этапа торможения электропривода принимают вид:

Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе, рассчитываются по выражению:

Рис. 9.10 - Кривая изменения угловой скорости при торможении ЭП от ?_пон до 0.



Рис. 9.11 - Кривая изменения электромагнитного момента при торможении ЭП от ?_пон до 0.

Рис. 9.12 - Кривая изменения суммарных потерь мощности при торможении ЭП от ?_пон до 0_.

8 Участок: Разгон до скорости обратного хода

Первый этап: 0 t₈ t_з.

Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе, рассчитываются по выражению:

Второй этап: t_з t₈ t₀₈ , обозначим ,

тогда 0.

Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе, рассчитываются по выражению:

() = _{0 кон} - _с,о -=,

М() = М_с,о + =.

Третий этап: . Обозначим . Тогда 0.

.

Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе:

Рис. 9.13 - Кривая изменения угловой скорости при разгоне ЭП от 0 до ?_обр.



Рис. 9.14 - Кривая изменения электромагнитного момента при разгоне ЭП от 0 до ?_обр.

Рис. 9.15 - Кривая изменения суммарных потерь мощности при разгоне ЭП от 0 до ?_обр.

10 Участок: Торможение до нулевой скорости

Первый этап: 0 t₁₀ t₀₁₀ = t₀₈ =0,833 c.



Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе, рассчитываются по выражению:

Т.к. М_с,о < , то торможение электропривода происходит в два этапа.

Второй этап: t₀₁₀ t₁₀ t₀₁₀+T_М .

Обозначим тогда : 0 T_М=0,00794с.

Суммарные потери мощности, нагревающие АД на данном этапе, рассчитываются по выражению:



Рис. 9.16 - Кривая изменения угловой скорости при торможении ЭП от ?_обр до 0.

Рис. 9.17 - Кривая изменения электромагнитного момента при торможении ЭП от ?_обр до 0 .



Рис. 9.18 - Кривая изменения суммарных потерь мощности при торможении ЭП от ?_обр до 0.

10. Окончательная проверка двигателя по нагреву и перегрузочной способности

Окончательную проверку двигателя по нагреву произведем по методу средних потерь:

; (10.1)

Так как при расчете кривых суммарных потерь мощности получились нелинейные кривые, то линеаризуем эти кривые:

(10.2)

. (10.3)

Ниже в Таблице 10.1 представлен расчет , где:

- потери за время на участке разгона ЭП от 0 до .

- потери за время на участке разгона ЭП от до .

- потери за время на участке торможения ЭП от до .

- потери за время на участке торможения ЭП от до 0.

- потери за время на участке разгона ЭП от 0 до .

- потери за время на участке торможения ЭП от до 0.

Ниже в Таблице 10.2 представлен расчет , где:

- расчет коэффициента охлаждения для этапа разгона двигателя от 0 до за время .

- расчет коэффициента охлаждения для этапа разгона двигателя до за время .

- расчет коэффициента охлаждения для этапа торможения двигателя до за время .

- расчет коэффициента охлаждения для этапа торможения двигателя до 0 за время .

- расчет коэффициента охлаждения для этапа разгона двигателя до за время .

- расчет коэффициента охлаждения для этапа торможения двигателя до 0 за время .

Таблица 10.1

	0,046396	0,350623	6,90932	15,67338	17,25759	19,93595	4,382334	1,62283	0,092026	18,41431	10,27666	23,79815	2,081466
	0,095085	0,439701	3,988775	30,37371	13,38359	15,49593	4,245045	0,4714	0,095085	32,2673	7,401826	26,34145	0,095937
	0,101202	0,533578	2,915366	34,65418	12,36016	13,34119	5,062789	0,080309	0,101202	34,04658	6,303873	26,68013	0,093664
	0,110375	0,628689	2,468253	108,5072	11,83699	37,57666	15,82635		0,110375	34,3112	5,843685	26,17802	0,092225
	0,122603	0,722145	2,26546	110,4166	11,56454	35,94873	15,59017		0,122603	34,46963	5,633926	25,61378	0,091487
	0,137887	0,812009	2,167471	111,2164	11,42116	34,80173	15,10606		0,198347	34,63727	5,532226	25,05383	0,171585
	0,060033	0,897047	0,748945	112,0315	3,998857	33,70073	14,67065			34,82223	1,927509	24,5036
		0,976541		112,8868		32,63638	14,29556			35,02423		23,9636
		1,050147		113,782		31,60898	13,98823			35,2425		23,43395
		1,117783		114,7163		30,61909	13,76229			35,47637		22,91472
		1,179549		115,6891		29,66734	6,007762			35,72528		22,406
		1,23567		116,6997		28,7544				35,98874		21,90788
		1,286449		117,7474		27,88102				36,26634		21,42045
		1,332235		118,8319		27,04803				36,5577		20,9438
		1,373396		119,9524		26,25635				36,86251		20,47803
		1,41031		121,1087		25,50703				37,18046		20,02325
		1,443345		122,3002		24,80129				37,51129		19,57958
		1,472858		65,49886		15,33314				37,85477		19,14714
		1,499184								38,21067		18,72604
		1,522639								38,5788		18,31643
		1,543514								38,95896		17,91845
		1,562076								39,35099		17,53226
		1,578571								39,75472		17,15801
		1,593221								40,17002		16,79589
		1,606226								40,59673		16,44609
		1,617768								41,03473		16,10882
		1,628009								41,48389		15,78431
		1,637096								41,9441		15,47281
		1,645159								42,41525		15,1746
		1,652314								42,89724		14,88999
		1,658666								43,38995		14,61931
		1,664306								43,89331		14,36297
		1,669317								44,40723		14,12142
		1,673773								44,93161		13,89517
		1,677737								45,46638		13,68484
		1,681267								46,01145		13,49117
		1,684413								46,56676		13,31509
		1,687222								47,13223		13,15778
		1,689733								47,7078		13,02085
		1,691981								48,29339		12,90668
		1,693997								48,88895		12,81947
		1,695809								24,17569		8,301477
		1,69744
		1,698914
		1,700248
		1,701459
		1,702562
		1,703571
		1,704496
		1,705348
		85,83038
		86,96419
		88,27416
		89,82718
?i	0,67358	422,026	21,46359	1762,086	81,82289	490,914	122,9372	2,174538	0,719638	1638,92	42,9197	772,4073	2,626364
?ОБЩ	5361,691

Таблица 10.2

	0,00025	0,000503	0,003829	0,007702	0,004764	0,009508	0,007668	0,002647	0,00025	0,010858	0,004942	0,019776	0,002683
	0,00025	0,000507	0,003837	0,007736	0,004765	0,009487	0,007645	0,00128	0,00025	0,011611	0,004946	0,01969	0,000258
	0,00025	0,00051	0,003841	0,007783	0,004766	0,009458	0,007596	0,00022	0,00025	0,012208	0,004949	0,019572	0,000257
	0,00025	0,000514	0,003843	0,023651	0,004766	0,028182	0,022451		0,00025	0,012681	0,00495	0,01945	0,000255
	0,00025	0,000518	0,003844	0,02409	0,004766	0,027883	0,021909		0,00025	0,013083	0,00495	0,019327	0,000253
	0,00025	0,000521	0,003845	0,024511	0,004766	0,027576	0,021318		0,00035	0,013438	0,004951	0,019202	0,000473
	0,0001	0,000525	0,001354	0,024913	0,001678	0,027261	0,020665			0,01376	0,001743	0,019075
		0,000528		0,0253		0,026938	0,019928			0,014056		0,018947
		0,000531		0,025672		0,026606	0,019058			0,014332		0,018816
		0,000534		0,026033		0,026264	0,017941			0,014592		0,018684
		0,000537		0,026381		0,025912	0,007365			0,014837		0,01855
		0,00054		0,02672		0,025547				0,015071		0,018413
		0,000542		0,027048		0,02517				0,015295		0,018274
		0,000545		0,027369		0,024778				0,015509		0,018133
		0,000548		0,027681		0,02437				0,015715		0,01799
		0,00055		0,027985		0,023943				0,015914		0,017843
		0,000553		0,028283		0,023495				0,016107		0,017694
		0,000555		0,015203		0,012339				0,016294		0,017542
		0,000557								0,016475		0,017387
		0,00056								0,016652		0,017229
		0,000562								0,016823		0,017067
		0,000564								0,016991		0,016901
		0,000566								0,017155		0,016731
		0,000568								0,017315		0,016557
		0,00057								0,017471		0,016378
		0,000572								0,017625		0,016193
		0,000574								0,017775		0,016004
		0,000576								0,017923		0,015807
		0,000578								0,018068		0,015604
		0,000579								0,01821		0,015394
		0,000581								0,01835		0,015175
		0,000583								0,018487		0,014946
		0,000585								0,018623		0,014706
		0,000586								0,018756		0,014453
		0,000588								0,018887		0,014185
		0,000589								0,019017		0,013899
		0,000591								0,019144		0,013589
		0,000593								0,01927		0,013251
		0,000594								0,019394		0,012872
		0,000596								0,019516		0,012436
		0,000597								0,019637		0,011902
		0,000599								0,009666		0,00735
		0,0006
		0,000602
		0,000603
		0,000604
		0,000606
		0,000607
		0,000608
		0,00061
		0,031968
		0,034205
		0,035996
		0,037534
?i	0,0016	0,16801	0,024393	0,404062	0,030271	0,404717	0,173544	0,004147	0,0016	0,682592	0,03143	0,692995	0,004179
?ОБЩ	2,62354

Таким образом, из таблиц 10.1 и 10.2 мы получили значения суммы в равенство 10.1:

Вт.

Номинальные потери мощности двигателя составляют Вт.

Окончательная проверка по нагреву производится из условия:

. (10.4)

Так как условие (10.4) выполняется, то есть 2043,686 Вт < 3913 Вт, то двигатель удовлетворяет условию нагрева.

Проверка двигателя по перегрузочной способности осуществляется из условия:

, (10.5)

где Нм - максимально допустимый момент на валу двигателя.

- максимальный электромагнитный момент; Нм.

Так как условие (10.5) выполняется, то есть 553,14 Нм < 642 Нм, то двигатель удовлетворяет условию перегрузки.

11. Расчёт расхода электроэнергии за цикл и циклового КПД

Энергия, потребляемая из сети определяется по формуле:

,

где - электромагнитный момент двигателя в каждый момент времени;

- угловая скорость идеального холостого хода в каждый момент времени;

- сопротивление обмотки статора, Ом;

- сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора; - активное сопротивление фазы ротора приведенные к обмотке статора, Ом;

- модуль жёсткости, (Н·м·с/рад);

- время цикла работы ЭП;

Затраченную за цикл энергию будем определять по формуле:

.

В соответствии с данными, полученными при расчёте переходных процессов ЭП, рассчитаем затраченную и потребляемую энергию за цикл работы. Для расчёта воспользуемся программой MatCad. В результате получены следующие значения энергии, потребляемой электроприводом за цикл и затраченной на выполнение работы соответственно:

 Дж;

Дж.

Определяем цикловой КПД двигателя:

.

Заключение

В данном курсовом проекте был разработан электропривод стола продольно-строгального станка по системе ПЧ-АД. В соответствии с полученными расчетами был выбран и проверен электродвигатель серии 4А200L4У3. В результате расчета были построены естественная механическая и электромеханическая характеристики. Искусственные механические характеристики, обеспечивающие выполнение технологических операций. Построены характеристики переходных процессов для момента М(t) и скорости ?(t). Рассчитаны и построены зависимости потерь мощности ?Р(t) за цикл работы. Окончательная проверка показала, что выбранный двигатель обладает достаточной перегрузочной способностью для выполнения необходимых технологических операций, и средняя температура нагрева не будет превышать допустимой в течении длительного времени работы. Также был произведен расчёт расходуемой и потребляемой электродвигателем энергии за цикл работы и расчёт циклового к.п.д. электродвигателя.

Список использованной литературы

1. Фираго Б.И. Учебно-методическое пособие к курсовому проектированию по теории электропривода для студентов специальности 1-53 01 05.?Мн.: БНТУ, 2005.?122с.

2. Фираго Б.И., Павлячик Л.Б. Теория электропривода.- Мн.: Техноперспектива, 2007.-585с.

Размещено на Allbest.ru