Исследование и расчет автоматизированного электропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Дисциплине «Автоматизированный электропривод»

Исследование и расчет автоматизированного электропривода



Согласно исходным данным (Таблица 1) строим тахограмму рабочей машины (рисунок 1).

Таблица 1

Номер варианта	Частота вращения, рад/с	Продолжительность работы и паузы, с
	щ1	щ2	щ3	t1	t2	t3	tП
9	50	5	-60	220	80	120	200

Рисунок 1 - Тахограмма рабочей машины

выключатель сопротивление якорный ток

Согласно исходным данным (Таблица 2) строим механическую характеристику рабочей машины в первом квадранте по расчетным значениям (рисунок 2). В третьем квадранте строим характеристику симметрично относительно начала координат

Таблица 2

Номер варианта	Закон изменения момента статического сопротивления рабочей машины Мсм,Нм	К.П.Д. передачи з
8	Мсм =250-6щ	0,85



Рисунок 2 - Механическая характеристика рабочей машины

Согласно исходным данным рассчитываем и строим нагрузочную диаграмму рабочей машины (рисунок 3). Момент Мсм зависит от щ. При t1=220с Мсм =-50 Нм, При t2=80с Мсм =220 Нм, При t3 =120 с Мсм =610 Нм.

Рисунок 3 - Нагрузочная диаграмма рабочей машины

Выбираем двигатель постоянного тока, так как он имеет широкий диапазон регулирования скорости, относительную простоту регулирования и позволяет получать механические характеристики различной жесткости. Для выбора номинального режима работы двигателя рассчитаем продолжительность включения.

Длительность цикла рабочей машины:

tц = t1 + t2 + t3 + tп = 220+80+120+200=620 сек.

Длительность рабочего режима

tр = t1 + t2 + t3 =220+80+120= 420 сек.

Продолжительность включения:

Выбираем S1 - продолжительный номинальный режим работы, так как продолжительность рабочего цикла ПВ выше 60%.

За основную скорость рабочей машины рекомендуется принимать скорость, при которой машина работает наибольший промежуток времени. В данном случае за основную рационально принять скорость щ1=50 с-1.

Или

Рассчитываем номинальную мощность двигателя продолжительного номинального режима работы.

Для выбора двигателя по справочнику необходимо полученное значение мощности двигателя с действительной продолжительностью включения (ПВдейств) привести к ближайшему стандартному (ПВст) по формуле:

По справочнику [1] выбираем двигатель постоянного тока серии 2П из условия PэПВст ? Pдв.

Двигатель 2ПН160МУХЛ4

Номинальная мощность Рн= 18 кВт,

Номинальная частота вращения nн = 3150 об/мин,

Максимальная частота вращения nmax = 4000 об/мин,

КПД з=87,5%,

Напряжение Uн=440В,

Напряжение обмотки возбуждения Uв=220В,

Сопротивление обмотки якоря Rя=0,145 Ом, Сопротивление добавочных полюсов Rдоб=0,101 Ом, Сопротивление обмотки возбуждения Rв=12,6 Ом.

Так как номинальная частота вращения двигателя больше основной скорости рабочей машины, необходимо использовать редуктор.

Ориентировочное передаточное значение редуктора:

Выбираем цилиндрический двухступенчатый редуктор 1Ц2У-100 с фактическим передаточным отношением i=40.

Тахограмма работы двигателя строится с учетом передаточного числа редуктора (рисунок 4):

щдв = щр,м. * i.



При щ1 = 50 рад/с, щдв1 = 50*40= 2000 рад/с,

При щ2 = 5, щдв2 = 5*40 = 200 рад/с, при щ3 = -60, щдв3 = -60*40 = -2400 рад/с.

Рисунок 4 - Тахограмма работы двигателя

Момент рабочей машины, приведенный к валу двигателя Mс.п, рассчитывается по формуле:

где з=0,875 - КПД передачи.



Рисунок 5 - Механическая характеристика рабочей машины, приведенная к валу двигателя

Построение нагрузочной диаграммы двигателя без учета динамических моментов выполняется по моменту Mс.п, рассчитанному для заданных продолжительностей работы машины. Во время паузы момент равен 0 (рисунок 6).

Рисунок 6 - Нагрузочная диаграмма двигателя без учета динамических моментов



Уравнение механической характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением имеет вид:

где U - напряжение питания якорной обмотки;

Ф - магнитный поток возбуждения;

Rя - активное сопротивление якорной обмотки;

М - крутящий момент электродвигателя;

С - конструктивная постоянная электродвигателя.

Номинальный ток якоря Iян электродвигателя равен:

где зн - коэффициент полезного действия двигателя;

Uн, Pн - номинальные значения напряжения и мощности электродвигателя.

Активное сопротивление якорной цепи двигателя равно:

Для построения механической характеристики щ= f (M ) определяем ряд характерных точек:



На рисунке 7 представлена естественная механическая характеристика двигателя.

Рисунок 7 - Естественная механическая характеристика двигателя

Рассчитываем пусковые сопротивления и строим пусковую диаграмму при пуске двигателя до первой основной скорости щ1 = 50 рад/с. Наибольший ток при пуске: I1 =2,5*Iян =2,5*93,506 = 233,766 А

Ток переключения или минимальный пусковой ток:

I2 =1,2*Iян =1,2*93,506 = 112,208 А

Кратность пусковых токов:

Сопротивление Rm равно:

Количество искусственных механических характеристик и вместе с тем число пусковых реостатов m равно:

Таким образом, пусковая диаграмма будет иметь 3 ступени.

Уточняем кратность пусковых токов:

Сопротивления пусковых реостатов для каждой ступени:

R1 = Kпт *Rя =1,857*0,294=0,546 Ом;

R2 =Kпт *R1 = 1,851*0,546= 1,014 Ом.

Величины сопротивлений, включаемых на каждой ступени:

R1,я =R1 -Rя =0,546-0,294= 0,252 Ом;

R2,1 = R2 - R1 =1,014-0,546=0,468 Ом.

По рассчитанным значениям строим электромеханические характеристики и пусковую диаграмму (рисунок 8).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 8 - Электромеханические характеристики и пусковая диаграмма

Пуск происходит при полностью включенном сопротивлении реостата в точке 1, выполняется разгон (точка 2) по первой искусственной характеристике. После этого двигатель переходит на вторую искусственную характеристику (точка 3, первая ступень) и разгоняется до точки 4. Затем двигатель переходит на естественную характеристику (точка 5, вторая ступень) и разгоняется до скорости щосн = 250 рад/с (точка 6).

Так как щдв2 = 200 рад/с, для перехода с первой на вторую скорость принимаем режим торможения противовключением. Тормозное сопротивление равно:

Тормозная диаграмма показана на рисунке 9.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 9 - Торможение противовключением

Для останова привода (переход от щдв3=125 рад/с к нулю) принимаем режим динамического торможения с одной ступенью.

При динамическом торможении якорь двигателя отключается от сети и замыкается на тормозное сопротивление.

Для данного вида торможения создаются условия работы двигателя, когда механическая энергия, которой обладает якорь двигателя, преобразуется в электрическую и далее в механическую, в результате возникает тормозной момент Мт. Так как Uп = 0, то:

Отсюда:

Для реализации схемы управления двигателем по заданной тахограмме воспользуемся принципом управления по командам от конечных (путевых) выключателей, срабатывающих в определенный момент времени. При этом для разгона ступенчатого пуска двигателя воспользуемся управлением в функции времени. На рисунке 10 представлена электрическая принципиальная схема силовой части привода и системы управления в релейно-контактном варианте.

В первоначальный момент времени контакт путевого выключателя SQ1 замкнут, а SQ2, SQ3 и SQ4 - разомкнуты. Пуск производится нажатием на кнопку SB. Происходит подача тока на реле времени магнитный пускатель КМ1, который подключает двигатель к источнику напряжения. Двигатель начинает разгоняться по искусственной характеристике. При этом срабатывает реле времени KT1, которое через определенное время замыкает свой контакт KT1. Срабатывает контактор К1, замыкая свой контакт он выключает сопротивление R1, двигатель переходит на вторую искусственную характеристику. При этом срабатывает реле времени KT2, которое через определенное время замыкает свой контакт KT2. Срабатывает контактор К2, замыкая свой контакт он выключает сопротивление R2, двигатель переходит на естественную характеристику и работает на скорости щдв1 = 2000 рад/с.

Через время t1=220 с срабатывает конечный выключатель SQ2, который подключает магнитный пускатель КМ2. Контакты КМ1 размыкаются, а контакты КМ2 замыкаются, выполняется торможение противовключением через сопротивление Rпр, двигатель реверсируется и работает на скорости щдв2 = 200 рад/с в течение времени t2=80 с.



Рисунок 10 - Электрическая принципиальная схема силовой части электропривода и системы управления

После этого срабатывает конечный выключатель SQ3, который подключает магнитный пускатель КМ3. Контакты КМ2 размыкаются, а контакты КМ3 замыкаются, двигатель снова переключается и разгоняется через сопротивление Rд до скорости щдв3 = -2400 рад/с, на которой работает t3=120 с.

После этого срабатывает конечный выключатель SQ4, который подключает магнитный пускатель КМ4. Контакты КМ3 размыкаются, а контакты КМ4 включают двигатель на тормозной резистор Rт, осуществляется динамическое торможение. После паузы tп=200 с цикл повторяется.

В схеме предусмотрена защита по току (FA) и защита от перегрузки двигателя (KK).



Выводы и результаты

В курсовой работе на основе исходных данных (тахограммы рабочей машины и закона изменения момента статического сопротивления рабочей машины) были рассчитаны и построены тахограмма, механическая характеристика и нагрузочная диаграмма рабочей машины. Для реализации тахограммы по справочнику согласно стандартному приведенному значению мощности PэПВст выбран двигатель постоянного тока 2ПН160МУХЛ4 мощностью 18 кВт. Подобран редуктор, понижающий скорость вращения двигателя для рабочей машины. Построены тахограмма, механическая характеристика и нагрузочная диаграмма рабочей машины, приведенные к валу двигателя.

Рассчитана и построена механическая характеристика двигателя, пусковая диаграмма плавного пуска до основной скорости в две ступени, рассчитаны сопротивления для выполнения режимов противовключения при реверсе двигателя и динамического торможения при его остановке.

Для реализации схемы управления двигателем по заданной тахограмме использован принцип управления по командам от конечных (путевых) выключателей. Построена электрическая принципиальная схема силовой части привода и системы управления в релейно-контактном варианте.



Список литературы

1 Справочник по электрическим машинам / Под ред. И. П. Копылова, В. К. Клюева, т.1. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с., т.2.,1989. - 688 с.

2 Москаленко, В. В. Электрический привод: учебник / В. В. Москаленко; М.: «Академия», 2007. -362 с.

3 Сергеев, А. С. Основы автоматизированного электропривода : учеб. пособ.(гриф). Доп. УМО вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) / А. С. Сергеев, А. М. Макаров, Ю. П. Сердобинцев; ВолгГТУ. - Волгоград, 2014. - 114 с.

4 Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Ч. 3. Электрические машины постоянного тока в системах автоматизированного электропривода: учеб. пособие / Л.С. Удут, Н.В. Кояин, О.П. Мальцева. - Издание 2-е переработ. и дополн.- Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2007.- 152 с.

Размещено на Allbest.ru