Разработка электропривода постоянного тока для приведения в движение механизма

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Техническое задание

Частота вращения механизма на первой ступени n_м1=10 об/мин;

Время работы на первой ступени t₁=16 с;

Частота вращения механизма на первой ступени n_м2=1250 об/мин;

Время работы на первой ступени t₂=18 с;

Время паузы t_п=100 с;

Момент механизма 450 Н•м;

Характер нагрузки - реактивная;

КПД передачи при максимальной частоте вращения 0,98;

Момент инерции механизма 25 кг•м² .



Содержание

Введение

1. Построение тахограммы и нагрузочной диаграммы производственного механизма

2. Расчет мощности электродвигателя и выбор его по каталогу. Определение передаточного отношения редуктора

3. Расчет и выбор по каталогу пусковых и регулировочных реостатов

4. Расчет электромеханических и механических характеристик двигателя

5. Расчет переходных процессов за цикл работы и построение нагрузочный диаграммы электропривода

6. Проверка выбранного двигателя на нагрев

Литература



Введение

В настоящее время системы электропривода (ЭП) прочно занимают лидирующее место среди приводных устройств и обеспечивают бесперебойную и надёжную работу механизмов во многих областях техники и жизнедеятельности человека. Функциональные возможности и эксплуатационные параметры современных ЭП во многом определяются характеристиками применяемых систем управления. В качестве приводного двигателя используют двигатели постоянного тока, асинхронный двигатель и синхронный. В настоящее время преобладают асинхронный электропривод с полупроводниковыми системами и асинхронным двигателем постоянного тока. Его возможности позволяют организовать регулирование выходных координат ЭП в широком диапазоне, с высоким быстродействием и большой точностью.

Целью данной работы является разработка ЭП электропривода постоянного тока для приведения в движение механизма.

Для достижения поставленной задачи необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать особенности режимов работы механизмов и выделить требования к нагрузочному моментному ЭП.

2. Выбрать двигатель и подобрать необходимые механические характеристики нужные для механизма.

3. Проверить двигатель на перегрев в течение всего цикла работы.



1. Построение тахограммы и нагрузочной диаграммы производственного механизма

Рис 1. Тахограмма производственного механизма

Рис 2. Нагрузочная диаграмма производственного механизма для реактивной нагрузки

2. Расчет мощности электродвигателя и выбор его по каталогу. Определение передаточного отношения редуктора

Определяем продолжительность включения:

Определяем диапазон регулирования:

Определяем значения угловой скорости и мощности по ступенями:

-первая ступень

-вторая ступень

Определяем коэффициент ухудшения. Принимаем для закрытого исполнения двигателя без принудительного охлаждения

Для первого участка

Для второго участка

Определяем среднеквадратичное значение мощности за время работы на основании тахограммы и нагрузочной диаграммы:

Делаем пересчет среднеквадратичной мощности двигателя на выбранное стандартное значение ПВ=25%

Определяем расчетную мощность электрического двигателя

Выбираем двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, имеющий следующие паспортные данные (табл.1)

Таблица 1

Тип
МП-32	220	9	900	48	0,348	0,305

Определяем передаточное отношение редуктора:

где номинальная угловая скорость вращения двигателя.

Принимаем стандартное значение , которое удовлетворяет условию

Определяем сопротивление якоря горячее:

где перегрев обмоток двигателя относительно начальной температуры.

Определяем коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке

Определяем коэффициент ЭДС двигателя

Определяем номинальный момент на валу двигателя

Определяем электромагнитный момент, соответствующий номинальному току:

Определим момент трения на валу электродвигателя

Определяем скорость холостого хода

Определяем скорость вращения по ступеням

Или

.

Определяем статический момент по ступеням. Реактивная нагрузка I,III квадранты работы (двигательный режим)

Построим электромеханическую и механическую характеристику двигателя

Таблица 2.

I, A	0
M, Н•м	0	100,986	201,971
?, рад/с	104,569	94,248	83,926

Рис 3. Естественная электромеханическая и механическая характеристика двигателя.

3. Расчет и выбор по каталогу пусковых и регулировочных реостатов

электропривод тахограмма редуктор реостат

Определяем наибольшие пусковые токи и момент. Для двигателей обычного исполнения эти величины определяются из условий

Определим ток и момент переключения

Определяем необходимые сопротивления якорной цепи для:

Для первой рабочей(пусковой) ступени при моменте нагрузки Н•м и . Добавочное сопротивление ступени определяется из выражения

Промежуточные ступени

1ая промежуточная

2ая промежуточная

Для второй рабочей ступени при моменте нагрузки Н•м и . Добавочное сопротивление ступени определяется из выражения

Таблица 3.

Рабочая 1 ступень
M, Н•м	0
?, рад/с			0
Промежуточная 1ступень
M, Н•м	0
?, рад/с		51,164	0
Промежуточная 2 ступень
M, Н•м	0
?, рад/с		75,206	0
Рабочая 2 ступень
M, Н•м	0
?, рад/с

Определяем токи по ступеням

Для первой ступени

Для второй ступени

Определим продолжительность включения

Сопротивление работает постоянно, а сопротивление только на первой ступени. Сопротивления включены последовательно, следовательно

Рис 4. Механические характеристики двигателя: 1-первая рабочая ступень; 1.1 пусковая ступень; 2-первая добавочная ступень; 3-вторая добавочная ступень; 4- вторая рабочая ступень.



Определяем продолжительность включения для ступеней:

Определим расчетные токи, средние за время работы:

Определим каталожный ток для каждой ступени:

Выбираем ящики сопротивлений по наибольшему току, удовлетворяющему условию

Первая ступень



Ящик сопротивлений №200

Продолжительный ток, А	Сопротивление ящика, Ом	Сопротивление элемента, Ом	Число элементов
24	8	0,2	27

Вторая ступень

Ящик сопротивлений №75

Продолжительный ток, А	Сопротивление ящика, Ом	Сопротивление элемента, Ом	Число элементов
39	3	0,075	4

4. Расчет электромеханических и механических характеристик двигателя для полученных сопротивлений

Делаем перерасчет механических характеристик двигателя для полученных значений сопротивлений.

Первая ступень

Таблица 4

Рабочая 1 ступень
M, Н•м	0
?, рад/с		7,363	0
Промежуточная 1ступень
M, Н•м	0
?, рад/с		51,164	0
Промежуточная 2 ступень
M, Н•м	0
?, рад/с		75,206	0
Рабочая 2 ступень
M, Н•м	0
?, рад/с

После работы на двух заданных скоростях двигатель необходимо затормозить до нулевой скорости.

При реактивном характере нагрузки производственного механизма обычно используют вид торможения - динамическое. Расчет ведется на основании выражения

Начальные значения для расчета характеристики динамического торможения при реактивной нагрузке

Данные для построения характеристики динамического торможения

Таблица5

M, Н•м	0	201,971
?, рад/с	0



Рис 5. Механические характеристики двигателя при полном цикле работы: 1-первая рабочая ступень; 1.2 пусковая ступень 2-первая добавочная ступень; 3-вторая добавочная ступень; 4- вторая рабочая ступень. 5 динамическое торможение

5. Расчет переходных процессов за цикл работы и построение нагрузочный диаграммы электропривода

Рассчитаем суммарный момент инерции

Рассчитываем переходной процесс пуска и выхода на рабочую скорость.

Подставляем в выражение

Таблица 6

t,c	0	0,01	0,02	0,03	0,04
M, Н•м	201,971	198,104	194,35	190,706	187,169
?, рад/с	0	2,002	3,946	5,832	7,663

После выхода на рабочую скорость, изменяем на и двигатель работает на первой рабочей ступени. Процесс происходит мгновенно.

Рассчитываем переходной процесс на дополнительной первой ступени.

Расчет ведем до значений момента переключения и скорости переключения

Подставляем в выражение

Таблица 7

t,c	0	0,06	0,12	0,18	0,24	0,3	0,36
M, Н•м	201,971	178,895	159,859	144,156	131,202	120,516	111,701
?, рад/с	7,435	18,535	27,692	35,245	41,476	46,617	50,857

Рассчитываем переходной процесс на дополнительной второй ступени.

Расчет ведем до значений момента переключения и скорости переключения

Подставляем в выражение

Таблица 8

t,c	0	0,04	0,08	0,12	0,16	0,2
M, Н•м	201,971	174,537	152,814	135,612	121,99	111,203
?, рад/с	51,164	58,419	64,164	68,714	72,316	75,169

Рассчитываем переходной процесс выхода на вторую ступень.

Подставляем в выражение

Таблица 9

t,c	0	0,11	0,22	0,33	0,44	0,55
M, Н•м	177,456	109,716	84,746	75,541	72,148	70,897
?, рад/с	75,206	86,402	90,529	92,051	92,611	92,818

Режим динамического торможения при реактивном характере нагрузки

От до нуля.

Подставляем в выражение

Таблица 10

t,c	0	0,1015	0,203	0,3045	0,406
M, Н•м	-201,971	-123,508	-67,667	-27,926	0
?, рад/с	92,939	56,832	31,136	12,848	0



Рис 6. Пуск и работа на первой ступени

Рис 7. Переход с первой и работа на второй ступени



Рис 8. Динамическое торможение

6. Проверка выбранного двигателя на нагрев

Проверка двигателя по нагреву (метод эквивалентных величин)

Метод эквивалентного тока

где определяется через площадь графика , суммарное время работы на первой и второй рабочей ступени, суммарное время переходных процессов

Правильность выбора двигателя определяется условием

Имеем

Условие проверки двигателя по нагреву

Условие проверки двигателя выполняется



Заключение

При проектировании данного привода постоянного тока мы рассчитали требуемую мощность двигателя для механизма необходимое передаточное число редуктора, так как двигатель имеет большую скорость, чем нужно. Для ограничения тока при пуске и переходе на другую ступень мы выбрали сопротивления. Рассчитали время переходных процессов и при переходе со ступени на ступень. Рассчитали динамическое торможение двигателя и проверили его на нагрев. Полный цикл работы, с переходными процессами, электродвигателя был приведен в Приложении 1.



Литература

1. Чернышев А.Ю., Кояин Н.В. Проектирование автоматизированных электроприводов: Учебно-методическое пособие. - Томск: Изд. ТПУ, 2004.

2. Библиофонд [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=468715, свободный. - Загл. с экрана.

3. Единое окно [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://window.edu.ru/window/library/pdf2txt?p_id=24153&p_page=2, свободный. - Загл. с экрана.

Размещено на Allbest.ru