Расчетные схемы механической части электропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. «Механическая часть электропривода»

Для заданной кинематической схемы механизма (рис.1):

1. составить расчетную схему, выполнив приведение статических моментов и моментов инерции к валу двигателя;

2. записать уравнение движения, составить структурную схему и написать передаточные функции механической части;

3. построить соответствующие ЛАЧХ и ЛФЧХ.

Рис. 1 Кинематическая схема механизма

Сформируем дополнительные данные:

J=13,1

J=2,35

J=21

m=5600

i=25

c=85

=0,85

=0,8

D=0,2

Решение

1) Составим расчетную схему, выполнив приведение статических моментов и моментов инерции к валу двигателя.

Рис. 2 Расчетная схема механизма

Считаем момент статический при различных режимах работы двигателя.

а) двигательный режим

,

где ;

б) генераторный режим

электропривод двигатель механический

Упругий элемент (трос) разделяет поднимаемый груз и остальную часть электропривода. Так как условием задачи предусматривается учет только одной упругости, то расчетная схема будет двухмассовой. Тогда момент инерции первой массы равен:

Момент инерции второй массы равен:

где ;

Приведенный коэффициент упругости равен:

1) Запишем уравнения движения, составим структурную схему и напишем передаточные функции механической части:

Уравнение движения для двухмассовой системы имеет вид системы, состоящей из трех дифференциальных уравнений:

где - приведенный коэффициент упругости упругого элемента.

а) в двигательном режиме:

б) в генераторном режиме:

Структурная схема системы представлена на рис. 3



Рис. 3 Структурная схема двухмассовой системы

Полученная структурная схема содержит две перекрещивающиеся обратные связи, поэтому её необходимо упростить:

1. точку съема сигнала- точку С перенесем в точу D. Согласно правилу переноса, точки съема сигнала в переносимую ветвь включаем элемент, обратный передаточной функции обойденного звена.

2. переносим точку сложения сигнала- точку В в точку А, правило переноса то же.

Преобразованная схема показана на рис. 4

Рис. 4 Промежуточная структурная схема двухмассовой системы

Передаточная функция обратной ветви запишется так:



Передаточная функция прямой ветви:

Передаточная функция двухмассовой системы:

где “+”- для отрицательной обратной связи

“-“ - для положительной обратной связи

Преобразуем полученную передаточную функцию так, чтобы получить типовые звенья:

где Т- постоянная времени.

Обратная величина называется собственной частотой колебаний и определяется по формуле:

тогда Т=0,008 с

Результирующая структурная схема двухмассовой системы состоит из двух типовых звеньев: интегрирующего и колебательного.

МРазмещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5 результирующая структурная схема.

2) Построим соответствующие ЛАЧХ и ЛФЧХ



Рис. 6 ЛАЧХ (сверху) и ЛФЧХ (снизу) механической части электропривода

Проведем анализ ЛАЧХ: определим сопрягаемые частоты в нашем случае

Низкочастотная ЛАЧХ представляет собой линию, асимптотой которой является прямая с наклоном -20 дб/дел.

После сопрягаемой частоты наклон асимптоты изменяется на

- 40 дб/дек., и составляет -60 дб/дек..

Данная система имеет астатизм первого порядка.

Данные ЛАЧХ и ЛФЧХ системы имеют разрыв при и работа системы при данных частотах недопустима.

Система является неустойчивой , так как по обе стороны от частоты среза наклон равен -60 дб/дек..

2. «Электропривод с двигателем постоянного тока независимого возбуждения типа ПБСТ»

Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения типа ПБСТ:

1) изобразить структурную схему двигателя и определить её параметры;

2) рассчитать и построить естественную механическую М=f(w) и электромеханическую I=f(w) статические характеристики двигателя;

3) рассчитать и построить искусственные характеристики М=f(w) и I=f(w) при пониженном напряжении на якоре двигателя; при этом характеристика должна проходить через заданную точку и ;

4) рассчитать и построить искусственные характеристики М=f(w) и I=f(w) при ослаблении поля; при этом характеристика должна проходить через заданную точку и ;

5) рассчитать и построить пусковую диаграмму М=f(w) и I=f(w) при пуске двигателя в 3-4 ступени, определить величины сопротивлений, включаемых последовательно в якорную цепь; рассчитать время работы на каждой характеристике при и ;

6) рассчитать и построить ЛАЧХ и ЛФЧХ двигателя;

7) рассчитать с учетом электромагнитной инерции якорной цепи переходной процесс в одномассовой системе при скачкообразном приложении нагрузки и построить графики ;двигатель при этом работает на естественной характеристике.

Таблица 1. Технические данные двигателя типа ПБСТ на напряжение U=220 B и 1000

Тип двигателя	ПБСТ 62
Номинальная мощность	4,7 кВт
Номинальный ток якоря	24 А
Номинальный момент	46,6 Нм
КПД	87%
Маховый момент	1,03 кГсм
Число витков якоря	351
Сопротивление якоря при 15,	0,344 Ом
Сопротивление дополнительных полюсов при 15,	0,114 Ом
Допустимая кратность пускового тока	4
Число полюсов, 2р	4
Число параллельных ветвей , 2а	2

Дополнительные данные к задаче:

Решение.

1. изобразим структурную схему двигателя постоянного тока независимого возбуждения и определим её параметры.

Для составления структурной схемы двигателя постоянного тока запишем систему уравнений:

где - активное сопротивление якорной цепи, включающее сопротивление якорной обмотки и сопротивление дополнительных полюсов:

где - температурный коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления при нагреве. Для двигателя типа ПБСТ 32 =1,54

- индуктивность якорной цепи по формулеРазмещено на http://www.allbest.ru/

У мова:

Размещено на http://www.allbest.ru/

где р- число пар полюсов двигателя.

Постоянная двигателя определяется по его паспортным данным.



На основе уравнений в операторной форме можно поучить структурную схему двигателя постоянного тока независимого возбуждения при неизменном потоке:

Рис. 7 Структурная схема ДПТ НВ

2. Рассчитаем и построим естественную механическую и электромеханическую статические характеристики двигателя.

Уравнение статической электромеханической характеристики ДПТ НВ можно получить, если решить уравнение:

Уравнение статической механической характеристики ДПТ НВ имеет вид:

;

- номинальная скорость

Электромеханическая естественная характеристика представлена на рис. 8.

Рис.8 Электромеханическая характеристика двигателя

Механическая характеристика двигателя представлена на рис. 9.



Рис. 9 Механическая характеристика двигателя.

3. Рассчитаем и построим искусственные характеристики и при пониженном напряжении на якоре двигателя; при этом характеристика должна проходить через заданную точку

Жёсткость характеристик не зависит от напряжения на якоре (характеристики параллельны):



Рис. 10 Искусственная электромеханическая характеристика двигателя при пониженном напряжении на якоре

Рис. 11 Искусственная механическая характеристика двигателя при пониженном напряжении на якоре

4.Рассчитаем и построим искусственные характеристики и при ослаблении поля; при этом характеристика должна проходить через заданную точку:

Ток короткого замыкания не зависит от магнитного потока, поэтому:

Жёсткость этой искусственной характеристики:

;



Рис. 12 Искусственная механическая характеристика двигателя при ослаблении поля

5.Рассчитаем и построим пусковую диаграмму и при пуске двигателя в 3-4 ступени.

z=3- число ступеней.

Мпуск=2,5 Нм - относительный максимальный пусковой момент.



Построим пусковую диаграмму:

Рис.13 Пусковая диаграмма

Уравнение механической характеристики с сопротивлением ступени

;

уравнение механической характеристики с сопротивлением ступени :

уравнение механической характеристики с сопротивлением ступени :

Рассчитаем время работы на каждой характеристике:

Время переходного процесса на i-ой ступени равно:

где -электромеханическая постоянная времени электропривода;

здесь -жёсткость i-ой характеристики;

-суммарный момент инерции двигателя;

Время разгона на ступени с сопротивлением ступени :

время разгона на ступени с сопротивлением ступени :

время разгона на ступени с сопротивлением ступени :

Время разгона на естественной характеристике равно электромеханическим постоянным времени:

6. Рассчитаем и построим ЛАЧХ и ЛФЧХ двигателя.

Рис. 14 ЛАЧХ и ЛФЧХ двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Проведём анализ ЛАЧХ: определим сопрягаемые частоты

Низкочастотная ЛАЧХ представляет собой линию асимптотой которой является прямая с наклоном 0 дб/дек..

Так как количество интегрирующих звеньев ровно 0,то и астатизм системы тоже равен 0 (интегрирующее звено после точки приложения сигнала)

После сопрягаемой частоты , наклон меняется в сравнении с предыдущим на -40 дб/дек , так как эта частота принадлежит апериодическому звену, но в целом передаточная функция представляет собой колебательное звено.

7. Рассчитаем с учетом электромагнитной инерции якорной цепи переходной процесс в одномассовой системе при скачкообразном приложении нагрузки и построим графики . Двигатель при этом работает на естественной характеристике.

Примем, что напряжение на статор было подано в момент времени t=1 c, а скачкообразная нагрузка в момент времени t=4 c.



Рис. 15 Временной график изменения скорости при приложении скачкообразной нагрузки

Рис. 16 Временной график изменения тока при приложении скачкообразной нагрузки

Рис.17 Временной график изменения момента при приложении скачкообразной нагрузки

Из приведенных выше графиков видно, что ввиду малости электромагнитной инерции якорной цепи переходные процессы проходят очень быстро.

3. «Электропривод с асинхронным двигателем типа MTF»

Для асинхронного двигателя типа MTF:

1. изобразить структурную схему асинхронного привода для области от S=0 до и определить её параметры;

2. рассчитать и построить естественные механическую и электромеханическую характеристики;

3. рассчитать и построить искуственную характеристику при U=0,75;

4. рассчитать пусковую диаграмму для пуска двигателя в 3-4 ступени при номинальном моменте на валу и ; построить кривые и

Технические данные на асинхронный двигатель с фазным ротором типа MTF 380/220 B, 50 Гц; ПВ=25%:

Тип двигателя - 011-6;

Номинальная мощность - 1,7 кВт;

Номинальная скорость - 850 об/мин;

Отношение - 2;

Номинальный ток статора - ;

Активное сопротивление статора - , Ом;

Индуктивное сопротивление статора-, Ом;

ЭДС ротора В;

Номинальный ток ротора А;

Активное сопротивление ротора , Ом;

Индуктивное сопротивление ротора , Ом;

Коэффициент трансформации напряжения

Момент инерции .

Решение.

1. Изобразим структурную схему асинхронного привода для области от S=0 до и определим её параметры;

Структурная схема асинхронного привода для линейного участка механической характеристики аналогична структурной схеме ДПТ НВ:

Рис. 18 Структурная схема асинхронного двигателя

Определим параметры структурной схемы.

- число пар полюсов;

Так как номинальная скорость об/мин, то скорость холостого хода об/мин.;

Модуль жёсткости механической характеристики определяется по формуле:

где - критический момент;

Нм;

- номинальное скольжение;

Размещено на http://www.allbest.ru/

- электромагнитная постоянная времени;

где - угловая частота;

;

- критическое скольжение;



Рис.19 Структурная схема асинхронного двигателя

2. Рассчитаем и построим естественную механическую и электромеханическую характеристики.

Естественная механическая характеристика рассчитывается по точной формуле Клосса:



Рис. 20 Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя.

Электромеханическую характеристику строим по формуле

.

;



Рис. 21 Естественная электромеханическая характеристика асинхронного двигателя.

3. Рассчитаем и построим искусственную характеристику при

При снижении напряжения, подводимого к статору, момент двигателя на искусственной характеристике изменится пропорционально квадрату приложенного напряжения. При этом останутся неизменными

Уравнение искусственной механической характеристики:



Рис.22 Искусственная механическая характеристика асинхронного двигателя.

Рис. 23 Искусственная электромеханическая характеристика асинхронного двигателя.

Уравнение искусственной электромеханической характеристики можно построить по следующей формуле:



4. Рассчитаем пусковую диаграмму для пуска двигателя в 3-4 ступени при номинальном моменте на валу и . Построим кривые и .

Зададимся максимальным пусковым моментом, причем он должен быть меньше, чем 0,8

;

z=5 - число ступеней;

Строим механические характеристики и находим добавочные сопротивления, включаемые в цепь ротора:



Очевидно, добавочные сопротивления в цепи ротора не повлияют на величину и на величину , а повлияют на .

Уравнение механической характеристики с сопротивлением ступени

Уравнение механической характеристики с сопротивлением ступени

Уравнение механической характеристики с сопротивлением ступени

Уравнение механической характеристики с сопротивлением ступени

Уравнение механической характеристики с сопротивлением ступени



Рис. 24 Пусковая диаграмма асинхронного двигателя.

Момент пусковой отличается от расчетного ввиду того, что механические характеристики не линейны и довольно мягки.

Определим жёсткость каждой из характеристик:

Определим механические постоянные времени при работе двигателя на каждой ступени:

Кривые переходных процессов при постоянном статическом моменте и прямолинейной механической характеристике могут быть построены по следующим зависимостям:

Длительность переходного процесса на каждой ступени, кроме естественной характеристики, определяется так:

где - механическая постоянная времени;

- статический момент;



Рис.25 Изменение скорости асинхронного двигателя при пуске.

Рис.26 Изменение момента асинхронного двигателя при пуске.

Введение

Электрический привод (ЭП) представляет собой электромеханическую систему, обеспечивающую реализацию различных технологических и производственных процессов в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, коммунальном хозяйстве и в быту с использованием механической энергии. Назначение ЭП состоит в обеспечении движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов управления этим движением.

Во многих технологических процессах требуется управлять движением исполнительного органа - регулировать скорость движения и её направление, точно осуществлять остановку в заданной позиции, ограничивать ускорение движения. Такое регулирование необходимо в лифтах, прокатных станах, транспортёрах, многих станках и др.

Широкое применение ЭП объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению с другими видами приводов: использование электрической энергии, распределение и преобразование которой в другие виды энергии, в том числе и механическую, наиболее экономично; большой диапазон мощности и скорости движения; разнообразие конструктивного исполнения, что позволяет рационально соединять привод с исполнительным органом рабочей машины и использовать для работы в сложных условиях - в воде, среде агрессивных жидкостей и газов, космическом пространстве; простота автоматизации технологических процессов; высокий КПД и экологическая чистота.

электропривод двигатель механический

Список литературы

1.Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе.- М.: Энергия, 1977.-432 с.

2.Ильинский Н.Ф. Общий курс электропривода.- М.: Энергия, 1987.-345 с.

3.Ключев В.И. Теория электропривода.- М.: Энергоатомиздат, 1985.-560 с.

4.Москаленко В.В. Электрический привод. - М.: Мастерство: Высшая школа, 2000.- 368 с.

5.Расчетно-графическое задание по курсу «Теория электропривода»: Методические указания.- Орск: Изд-во ОГТИ, 2002.-28 с.

Размещено на Allbest.ru