Расчет электропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Электротехнический факультет

Кафедра «Электропривод и автоматизация промышленных установок»

Направление 13.03.02 - «Электроэнергетика и электротехника»

Зачётная книжка: 13-880

Курсовой проект по дисциплине: «Электрический привод»

Студент группы 3ЭПба-1В.С. Варфоломеев

Преподаватель С.В. Стельмащук

2017

Дан регулируемый электропривод с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения. Нагрузочная диаграмма которого приведена на рисунке 1.

Таблица 1 - Исходные данные

Вариант	М1, Нм	М2, Нм	М3, Нм	nмех, об/мин	i	мех	jмех, кгм2	t1, c	t2, c	t3, c	t0, c
4	570	375	360	37	15	0,84	41	37	27	63	400

Рисунок 1 - Нагрузочная диаграмма механизма.

Из нагрузочной диаграммы видно, что электродвигатель в повторно-кратковременном режиме и при ступенчатом изменении момента нагрузки. Поэтому при выборе мощности двигателя, можно воспользоваться методом эквивалентного момента .

,

где: - время цикла.

.

Подставив значения, получим:

Нм.

Рассчитаем требуемую мощность двигателя.

,

где: 1/с - частота вращения после редуктора.

- КПД механизма.

Вт.

Определим продолжительность включения двигателя.

,

где: - время работы механизма.

%.

Приведём мощность электродвигателя к стандартному ПВ=25%.

,

где: и - расчётная и стандартная продолжительности включения.

Вт,

Определим скорость вращения двигателя,

,

где: i - передаточное число редуктора.

об/мин.

По расчётным значениям мощности и скорости вращения, по каталогу /1/ выбираем ближайший по мощности двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением:

Таблица 2 - Технические данные выбранного двигателя

Тип двигателя	Номинальная мощность двигателя, кВт	Номинальное напряжение якоря, В	КПД, %	Номинальная скорость вращения, об/мин	Сопротивление якоря с дополнительными полюсами, Ом	Поток обмотки возбуждения, Вб	Момент инерции якоря, кг*м2
ПН-45	1,2	220	78	600	3		0,07

В таблице 3 приведены численные значения универсальных характеристик в и относительных единицах (столбцы 1, 2, 3).

Номинальный ток якоря можно определить из выражения:

,

следовательно: А.

Определим номинальную скорость двигателя:

1/с.

Определим коэффициент ЭДС двигателя при номинальном потоке:

Вс,

где: Ом - активное сопротивление якоря, дополнительных полюсов и обмотки возбуждения.

Определим скорость идеального холостого хода:

1/с,

Тогда номинальный электромагнитный момент будет равен:

Нм.

В таблице 3 (столбцы 4, 5, 6) приведены результаты расчёта естественной электромеханической и механической характеристик двигателя в размерных единицах в соответствии с приводимыми формулами:

; ; .

Таблица 3 - Данные универсальных характеристик и расчёта.

Универсальные характеристики.	Естественные характеристики.
Iя*	w*	M*	Iя, А	w, 1/c	М, Нм
0,30	2,40	0,14	2,10	150,72	3,11
0,40	1,70	0,26	2,80	106,76	5,77
0,60	1,30	0,48	4,20	81,64	10,65
0,80	1,10	0,74	5,60	69,08	16,41
1,00	1,00	1,00	7,00	62,80	22,18
1,20	0,90	1,30	8,40	56,52	28,84
1,60	0,80	1,90	11,20	50,24	42,14
2,00	0,70	2,50	14,00	43,96	55,45

Естественные характеристики; электромеханическая и механическая в соответствии с таблицей 1 построены на рисунке 2.

Построим пусковые характеристики двигателя, приняв , и определить значения пусковых резисторов, пользуясь графическим методом. Число пусковых ступеней примем m=3.

Приводим сопротивление двигателя к температуре :

Ом.

По универсальной характеристике для значения момента находим ток . Следовательно, величина статического тока в размерных единицах составит: А.

Задаёмся пусковым током А и током переключения из условия . Принимаем А (смотреть рис. 2). Для этого тока определяем скорость вращения двигателя (точка b на рис. 2) при полностью введённом сопротивлении реостата :

1/с.

Рисунок 2. - Естественная (1) и пусковые характеристики двигателя с последовательным возбуждением.

Определим сопротивление пускового реостата:

,

где: Ом.

Тогда: Ом.

Определим сопротивления секций ступеней пускового реостата:

Ом,

Ом,

Ом.

Из полученных секций пусковых резисторов определим суммарное пусковое сопротивление:

Ом.

После чего определим значения сопротивлений пусковых ступеней:

Вторая ступень,

Ом.

Третья ступень,

Ом.

В качестве торможения применим динамическое торможение, поэтому произведём расчёт сопротивления динамического торможения .

Ом,

где: - ток динамического торможения

Суммарный момент инерции составит:

.

Постоянные времени разгона на соответствующих ступенях:

с,

с,

с.

Постоянная времени разгона на естественной характеристике

с.

Постоянную времени торможения

с.

Тогда время разгона на соответствующей ступени пуска -

с,

с,

с .

Время разгона на естественной характеристике

с.

Отсюда можно определить суммарное время пуска.

с.

Определим время торможения

с

Рассчитаем механическую характеристику двигателя с независимым возбуждением в режиме динамического торможения с самовозбуждением, обеспечивающего при _нач=_н начальный тормозной момент М_т,нач = 2М_н .

Известно, что при заданном сопротивлении цепи возбуждения машина может возбудиться лишь при некотором критическом значении скорости _кр. При этом вольтамперная характеристика цепи возбуждения должна пересекать характеристику холостого хода, т.е. должно выполняться условие .

Схема переключения двигателя в режиме динамического торможения с самовозбуждением показана на рисунке 3.1. При размыкании контакта К1, замыкается контакт К2 и якорь вместе с обмоткой возбуждения подключаются к сопротивлению R_т.

Для расчета механических характеристик в режиме динамического торможения с самовозбуждением необходимо иметь в распоряжении кривую намагничивания и данные о сопротивлении обмотки возбуждения. Так как при неизменном токе возбуждения ЭДС пропорциональна скорости, то кривую намагничивания можно перестроить для ряда значений скорости. Точки пересечения вольтамперной характеристики с кривыми намагничивания определяют токи возбуждения при соответствующей скорости.

Рисунок 3 - Схема режима динамического торможения двигателя с самовозбуждением

На рисунке 4 построены кривые намагничивания для ряда значений скорости и там же нанесена линия, характеризующая зависимость .

Из коэффициента ЭДС при номинальном потоке двигателя, определим конструктивный коэффициент , где: Вб - номинальный поток возбуждения двигателя

Рисунок 4 - К расчету механической характеристики двигателя в режиме динамического торможения с самовозбуждением

Величина сопротивления R_т , обеспечивающая М_т,нач=2М_н:

Ом.

В соответствии со схемой рис. 3.47 ток якоря равен

А.

Все дальнейшие расчеты сведены в таблицу 4 и не требуют дополнительных пояснений.

Таблица 4 - Результаты расчета механической характеристики режима динамического торможения с самовозбуждением

Скорость, , 1/с	Магнитный поток	сФ, В с	Е, В	Iя, А	М=сФIя, Н м
	Ф	ФФн10-3, Вб
62,8	1	3	3,2	201	-14	-44,8
44	0,94	2,8	3	132	-9,2	-28
38	0,84	2,5	2,7	103	-7,2	-19
31	0,67	2	2,1	65	-4,5	-9,5
25	0,33	1	1,1	28	-2	-2,2

По данным таблицы 4 на рисунке 5 построена механическая характеристика режима динамического торможения с самовозбуждением (кривая 2). Там же показана естественная механическая характеристика (прямая 1). Из кривой 2 легко определяется критическая скорость, при которой начинается самовозбуждение (_кр25 1/с). При достижении скорости величины _кр в процессе торможения момент двигателя практически становится равным нулю.

Рисунок 5 - Механические характеристики двигателя: 1-естественная; 2-режима динамического торможения с самовозбуждением

Уравнение естественной механической характеристики двигателя:

,

где: Нмс.

Номинальный электромагнитный момент двигателя

Нм.

Начальное значение момента двигателя до снижения нагрузки

Нм.

Новое установившееся значение момента двигателя

Нм.

Начальное и установившееся значения скоростей находим с помощью естественной механической характеристики путём подстановки и :

1/с;

1/с.

Характеристическое уравнение системы

.

Корни характеристического уравнения

,

где: 1/с;

1/с - частота

электромеханического резонанса.

Зависимости скорости и момента в переходном процессе наброса нагрузки определяется:

;

.

Результаты вычислений сведём в таблицу 5

Таблица 5 - Расчетные данные

t, сек	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
, 1/с	57,0	60,2	61,1	61,0	61,0	61,0	61,0	61,0	61,0	61,0
М, Нм	38,0	-46,6	23,0	26,9	25,1	25,0	25,0	25,0	25,0	25,0

По результатам таблицы 5 построены кривые и , смотреть рисунок 6

Рисунок 6 - Кривые переходного процесса при набросе нагрузки

Аналогично рассчитаем кривые переходного процесса после повторного снижения нагрузки:

Начальное значение момента двигателя до снижения нагрузки

Нм.

1/с;

Новое установившееся значение момента двигателя

Нм.

1/с.

После подстановки новых значений в равенство зависимостей скорости и момента получим:

Таблица 6 - Расчетные данные

t, сек	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1	1,2	1,4	1,6	1,8
, 1/с	61,0	61,8	62,0	62,0	62,0	62,0	62,0	62,0	62,0	62,0
М, Нм	25,0	-2,9	23,3	24,7	24,0	24,0	24,0	24,0	24,0	24,0

По результатам таблицы 6 построены кривые и , смотреть рисунок 7.

Рисунок 7 - Кривые переходного процесса снижения нагрузки электропривода

Проверку на нагрев проводим по методу эквивалентного момента, который применим для данного случая. Ввиду малой длительности переходных процессов принимаем в периоды пусков средние значения динамических моментов. двигатель реостат ток

Нм.

Предварительно приведём значения моментов к валу двигателя.

Нм,

Нм,

Нм.

Полная нагрузочная диаграмма представлена на рисунке 8.

Исходя из нагрузочной диаграммы, эквивалентный момент найдётся как:

Нм

Из чего следует, что выбранный удовлетворяет по условиям нагрева.

Рисунок 8 - Полная нагрузочная диаграмма

Список использованных источников

1. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. Шестое издание, исправленное / С.Н. Вешеневский - М: “Энергия”. 1977. - 431 с.

2. Сим Б.М. Электрический привод. Учебное пособие / Б.М. Сим. - Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре гос. техн. ун-т», 2003. - 163 с.

3. Сим Б.М. Теория электропривода. Часть вторая. Учебно-практическое пособие. / Б.М. Сим. - Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре гос. техн. ун-т», 2003. - 188 с.

4. Ключев В.И. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов / В.И. Ключев, В.М. Терехов . - М: “Энергия”. 1980. - 360 с.

5. Соколов М.М. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов / М.М. Соколов. - М: “Энергия”. - 488 с.

Размещено на Allbest.ru